稠密颗粒射流撞击壁面颗粒膜表面波纹特征

采用高速摄像仪对稠密颗粒射流撞击有限尺寸壁面的流动过程进行了实验研究,重点研究了颗粒膜及其表面波纹特征,考察了颗粒粒径、射流速度和固含率等因素对颗粒膜形态和表面波纹的影响.研究结果表明,随着颗粒粒径增大,稠密颗粒撞壁流由颗粒膜向散射模式转变.与液体射流撞壁液膜相比,颗粒膜扩展角较大,射流速度对其影响不显著.稠密颗粒射流撞壁颗粒膜表面波纹存在明显的叠加现象,颗粒膜表面波纹频率比液膜大约低一个数量级.颗粒膜表面波纹主要由射流脉动引起,表面波纹频率与射流脉动频率具有相同的数量级.     

两相圆湍射流大颗粒调制作用的PDPA实验研究

采用相多普勒颗粒分析仪(PDPA)测量了雷诺数为8500的两相圆湍射流速度场,研究了两种大粒径颗粒对湍流的调制作用.发现在相同气载比条件下,大粒径颗粒加入后,在射流近场区域(X/D<10)气相湍流度增强,沿着射流中心轴线轴向和径向气相湍流度增强;较小粒径颗粒加入后削弱气相湍流度.在射流远场X/D=20截面,较大粒径颗粒的加入会削弱气相湍流度,但其削弱程度不如小粒径颗粒.随着粒径的增大,两相射流湍流的气相湍流度进一步增加.     

可压稠密气固两相流动过程的模拟计算

基于稠密气体分子运动论和颗粒动理学,建立可压稠密气固两相流动模型。采用梯度模拟来考虑气相可压缩性对气相湍流的影响。模拟计算表明气固两相射流速度沿轴向和径向减小,颗粒浓度下降。气固两相射流具有高的颗粒温度,呈现强烈的气固两相湍流流动特性。     

气固两相对撞流颗粒运动特性分析

本文采用PIV两相同时测量方法,对低载荷气固两相双喷嘴对置撞击射流中的颗粒运动特性进行了研究。实验中轴向射流出口雷诺数为Re=14500,喷嘴内径为d=10 mm,喷嘴间距为L/d=12;颗粒相采用平均直径为dp=100μm的实心玻璃微珠,圆管加速段中的颗粒质量载荷控制为1%~4%。研究结果表明,低载荷下撞击射流中的颗粒间碰撞可忽略,颗粒浓度在喷嘴附近达到峰值;惯性使得颗粒轴向速度在穿入到反向射流前缓慢衰减,之后迅速减小;颗粒在撞击区形成高湍动区域,进而强化了颗粒相的混合效应。     

实验观测液滴撞击倾斜表面液膜的特殊现象

采用高速摄像仪以10000帧/s 的拍摄速度对液滴撞击倾斜表面液膜的过程进行了实验观测, 分析了液滴撞击倾斜表面液膜后的铺展、水花形成以及飞溅等现象, 考察了撞击角对液滴震荡变形过程的影响; 在此基础上, 定量讨论了液滴铺展速度随时间的变化规律, 揭示了液滴撞击速度和撞击角对前、后铺展因子及初始铺展速度的影响.观测发现, 在撞击角为28.0°–74.7°范围内, 随着撞击角的减小, 液滴在液膜表面的震荡变形程度增大; 前铺展因子随撞击速度的增大而增大, 随撞击角的减小而增大; 后铺展因子随撞击速度的增大几乎不发生变化, 但是随撞击角的增大而增大; 液滴初始铺展速度随撞击速度和撞击角的升高而增大. 关键词： 液滴撞击 倾斜液膜 铺展因子 铺展速度     

圆锥料仓内颗粒周期性脉动特征研究

料仓卸料过程中的颗粒脉动会引起料仓振动甚至导致结构失效.为了明晰颗粒脉动特征,本文进行了椭球颗粒在不同半锥角深仓的模拟卸料实验,将料仓圆筒部划分为4个固定区域以研究区域内颗粒的运动信息,分析了料仓圆筒部颗粒系统的运动特征.研究结果表明:整个卸料过程颗粒速度始终处于波动变化中,卸料前期表现为大振幅、周期性的剧烈脉动,卸料后期平均速度的变化则是小振幅无规律的波动;剧烈脉动时段各区域的颗粒层平均受力的变化规律与颗粒速度脉动特征相似,越接近储料顶端颗粒脉动振幅越大,表现出更规律的周期性脉动,相邻颗粒层间的脉动波形相似且周期相同,剧烈脉动过程中顶面颗粒呈周期性的自由落体运动,该时段内顶层颗粒每一次的自由落体运动都会引起该范围内颗粒间接触力消失;料仓半锥角越小时剧烈脉动频率越高、振幅越大且脉动持续时间也越长,卸料速度越稳定,且颗粒速度不会出现带有上升趋势的波动.研究结果可为卸料设备的安全设计提供参考.     

典型流化床内非球形颗粒流动行为模拟研究

气固流化床在能源、化工、制药、冶金等众多工业领域有着广泛的应用。本文通过耦合计算流体力学和离散单元模型的模拟来评估典型流化床中非球形颗粒的流动行为。结果表明，典型流化床内球形颗粒的旋转颗粒温度分布接近各向同性，非球形颗粒的旋转颗粒温度分布呈现明显的各向异性。随着颗粒长径比的增加，颗粒的平动颗粒温度和旋转颗粒温度增大，意味着颗粒平动和旋转速度的脉动加剧。     

单液滴撞击倾斜液膜飞溅过程的耦合Level Set-VOF模拟

采用耦合水平集--体积分数法(CLSVOF)对液滴撞击倾斜表面液膜后液膜的形态演化及飞溅过程进行数值模拟, 并对液滴撞击液膜过程中形成的空气卷吸现象进行研究并探讨了撞击角对此的影响, 分析了液滴撞击后液体内部的压力和速度分布, 对液滴撞击倾斜表面液膜的飞溅过程进行讨论, 并与实验结果进行了对比, 验证了CLSVOF方法研究液滴撞击倾斜液膜的可行性. 结果表明, 液滴撞击倾斜液膜时前后两部分飞溅现象产生的机理不同, 前半部分飞溅是由于压差引起的颈部射流, 而后半部分则是由液膜径向流动产生的飞溅现象. 随着撞击角的增大, 空气卷吸气泡数量减少.     

基于拟颗粒的气固两相曳力模型研究

为了研究气固两相流动大涡模拟中合适的曳力计算模型,本文引入拟颗粒和拟颗粒表面能的概念,通过拟颗粒表面能与外界输入能量之间的平衡关系来确定拟颗粒的粒径。根据拟颗粒粒径,得到运算量较小且考虑颗粒团聚效应的曳力计算模型。应用本文的曳力计算模型对二维竖直槽道内稠密气固两相流动进行了大涡模拟,结果表明颗粒的浓度分布具有上稀下浓,壁面附近浓中心稀及颗粒聚集等特点。这与实验结果在定性上是一致的。对气相和颗粒相的瞬时速度场进行了分析,发现气相和颗粒相速度场分布的非对称性是形成颗粒浓度分布壁面附近浓中心稀的重要原因之一。     

液滴碰撞Janus颗粒球表面的行为特征

为研究液滴碰撞Janus颗粒(双亲性)球表面的独特行为特征,以粒径为5.0 mm铜球为材料制备了Janus颗粒,用直径为2.0 mm的液滴,在韦伯数(We)为2.7,10,20,30的测试情况下对Janus颗粒球表面进行了碰撞实验.结果表明:液滴碰撞Janus颗粒球表面后的运动可分为铺展、回缩、振荡和回弹4个过程.在不同We下,液滴碰撞Janus颗粒后的运动状态主要与表面润湿性相关,在Janus颗粒亲水侧表现为铺展特性且铺展系数γ随着时间t的增大而逐渐增大并趋于稳定;但在疏水侧,表现为回弹现象,铺展系数γ会出现类似"抛物线"形状;当液滴碰撞Janus颗粒球表面亲-疏水分界线时,液滴铺展和回弹同时发生.基于能量平衡和受力分析发现,液滴动能和表面能的互相转化是液滴铺展的关键,液滴会在重力、惯性力、表面张力、黏性力、接触力等力的综合作用下展现其独特的行为特征并最终达到平衡状态.     

Flow and Heat Transfer Characteristics of in-Line Impinging Jets With Cross-Flow At Short Jet-To-Plate Distance

The aim of this research is to numerically and experimentally study the flow and heat transfer characteristics of in-line impinging jets in cross-flow. The jets from a row of round orifices are perpendicularly impinged on the inner surface of a rectangular wind tunnel at a short distance between the orifice plate and impinged surface (H) of 2D, where D is a diameter of the orifice. The jet velocity was fixed corresponding to Re = 13,400 for all experiments, and the cross-flow velocity was varied at three different velocity ratios (velocity ratio, jet velocity/cross-flow velocity) of 3, 5, and 7. The heat transfer characteristic was visualized using a thermochromic liquid crystal sheet, and the Nusselt number distribution was evaluated by an image processing technique. The flow pattern on the impinged surface was also visualized by an oil film technique. The numerical simulation was used to explore a flow interaction between the impinging jets and cross-flow. The results indicated that Nusselt number peak increased by the increasing cross-flow velocity for short jet-to-plate distance. For the range determined, the maximum local Nusselt number peak was obtained at VR = 3 as the consequence of high velocity and high turbulence kinetic energy of jet impingement.     

Flow Characteristics of Flapping Motion of a Plane Water Jet Impinging onto Free Surface

A submerged turbulent plane jet in shallow water impinging vertically onto the free surface will produce a large-scale flapping motion when the jet exit velocity is larger than a critical one. The flapping phenomenon is verified in this paper through a large eddy simulation where the free surface is modeled by volume of fluid approach. The quantitative results for flapping jet are found to be in good agreement with available experimental data in terms of mean velocity, flapping-induced velocity and turbulence intensity. Results show that the flapping motion is a new flow pattern with characteristic flapping frequency for submerged turbulent plane jets, the mean centerline velocity decay is considerably faster than that of the stable impinging jet without flapping motion, and the flapping-induced velocities are as important as the turbulent fluctuations.     

开口角度对二维颗粒流稀疏流-密集流转变的影响

用计算机模拟的方法研究了开口角度对二维颗粒流稀疏流—密集流转变的影响.在固定入口流量和固定颗粒数两种条件下,均发现当开口角度大于零时,开口角度的增大可以提高颗粒流由稀疏流向密集流转变的最大出口流量.在稀疏流状态下,出口流量与开口角度无关;而在密集流状态下,出口流量随开口角度的增大而增大.进一步的计算还发现增加开口角度可以提高颗粒流出开口的流动速度,且最大出口流量与颗粒的流动速度呈线性关系. 关键词： 颗粒物质 颗粒流 分子动力学模拟     

冲击射流激波振荡与抑制

欠膨胀冲击射流具有复杂的激波结构,并伴随产生高幅值的离散频率单音.通过高速摄像获取的纹影图像并结合噪声测量,对欠膨胀冲击射流激波振荡过程、剪切层不稳定波的模态和离散频率单音的产生进行了系列研究.给出了冲击距离为5倍喷嘴出口直径的复杂流动实验结果分析,射流剪切层不稳定波有对称和非对称两种模态,发现不同模态下的离散频率单音...     

液滴撞击液膜的射流与水花形成机理分析

建立了单液滴撞击平面液膜的物理与数学模型,采用Coupled Level Set and Volume of Fluid方法对这种现象进行了数值模拟,探讨了黏度和表面张力对冠状水花形态的影响.通过分析撞击后液体内部的压力和速度分布,揭示了液滴颈部射流的产生机理,验证了Yarin和Weiss提出的运动间断理论.研究显示,表面张力对冠状水花形态的影响远大于黏度的影响.颈部射流的产生主要是由于撞击后颈部区域局部较大压差造成的,随着撞击过程的继续,压差作用减弱;液膜内流体的径向运动对射流发展成冠状水花具有推动作用.     

A PIV study of a supersonic impinging jet

The characteristics of supersonic impinging jets are investigated using Particle Image Velocimetry (PIV). The purpose of the experiments is to understand the jet induced forces on STOVL aircraft while hovering close to the ground. For this purpose, a large diameter circular plate was attached at the nozzle exit. The oscillations of the impinging jet generated due to a feedback loop are captured in the PIV images. The instantaneous velocity field measurements are used to describe flow characteristics of the impinging jet. The important flow features such as oscillating shock waves, slipstream shear layers and large scale structures are captured clearly by the PIV. The presence of large scale structures in the impinging jet induced high entrainment velocity in the near hydrodynamic field, which resulted in lift plate suction pressures. A passive control device is used to interfere with the acoustic waves travelling in the ambient medium to suppress the feedback loop. As a consequence, the large scale vortical structures disappeared completely leading to a corresponding reduction in the entrainment.     

Properties of surface waves in granular media under gravity

Acoustical waves propagating along the free surface of granular media under gravity are investigated in the framework of elasticity theory. The influence of stress on a surface wave is analyzed. The results have shown that two types of surface waves, namely sagittal and transverse modes exist depending on initial stress states, which may have some influence on the dispersion relations of surface waves, but the influence is not great. Considering that the present experimental accuracy is far from distinguishing this detail, the validity of elasticity theory on the surface waves propagating in granular media can still be maintained.     

二维颗粒流通道宽度效应的分子动力学模拟

通过用分子动力学方法对颗粒物质流的计算机模拟，研究发现增大通道宽度可以使二维颗粒流从稀疏流转变为密集流状态.通过对不同通道宽度下，固定开口为9.5d的颗粒流和 漏斗口以上9.5d×8d区域记录的模拟结果分析，发现随通道宽度增大，密度变大、温 度降低.当“颗粒温度”T较低时(T/m<0.05 J/kg),颗粒流内部接触数开始超过1.2 ，同时出现较为牢固的横向链状颗粒团簇，是造成流量突变以及密集流的原因. 关键词： 颗粒物质 颗粒流 计算机模拟     

层流与湍流等离子体冲击射流特性比较

本文采用数值模拟方法,对层流与湍流氩等离子体射流在空气环境中冲击平板时的流动与传热特性进行了对比研究.结果表明,在平板和射流进口间的距离较大时,平板的存在只对其附近的射流参数分布有较大影响,层流等离子体冲击射流的温度与轴向速度的轴向梯度明显小于湍流等离子体冲击射流情形;由于在平板表面形成的径向壁面射流对引射的附加贡献,层流和湍流等离子体冲击射流对环境空气的引射量明显增加.