竖直槽道中稠密气粒两相流动的瞬态结构

本文采用流动显示方法对竖直槽道中稠密气粒两相流动的瞬态结构进行了研究,发现当表观气速高于管道流态化的最小临界速度但低于节涌状态向湍动状态过渡的临界速度时,槽道中没有明显的气泡出现,而是形成一条穿过颗粒密相区的气流通道。当表观气速较低时,气流通道始终偏向槽道一侧。表现气速较高时,气流通道在槽道两侧摆动。在湍动状态下,槽道中的流态和管道中的流态相似。在快速流态化情况下,当颗粒循环量在一定范围时,槽道壁面附近会出现准静止的大尺度颗粒团。     

湿压缩机械特性研究

湿压缩过程中水滴的喷入对压气机性能具有较大影响,并会改变压气机的机械特性。为了研究喷水对压气机机械特性的影响,对不同喷雾量和颗粒尺寸下的湿压缩过程进行了数值模拟。结果表明,水滴运动主要受气流拖拽力的作用,在叶片前缘与叶中之间波动较为剧烈;滑移速度对水滴受力破碎影响较大,雷诺数与韦伯数均较小,最可能发生振荡破碎;水滴主要撞击叶片的压力面,造成转子的附加扭矩;较小水滴颗粒情况下适当增大喷雾量有助于低湿压缩过程中叶片的负载和输入功率。     

旋转离心风机叶轮内两相流动的高速摄影研究

固体颗粒与叶栅的磨擦与碰撞，危及叶轮的可靠性和整体装置的稳定性。为研究风机内气固两相流动，利用自制的图象消转装置，拍摄了旋转风机内部固体颗粒相对于叶轮流道的相对运动轨迹的高速摄影照片，对旋转离心风机内颗粒运动特性、颗粒与叶片的碰撞过程及碰撞恢复特性进行了研究，分析了颗粒对叶片的冲蚀机理并指出改进设计思路。     

液固两相射流中304不锈钢冲蚀行为研究

本文应用实验与模拟相结合的方法研究了液固两相射流中304不锈钢磨损。实验考虑了颗粒属性包含颗粒粒径变化、颗粒粗糙度变化、颗粒形状长宽比变化三个方面对不锈钢样品磨损行为的分析;模拟分析了颗粒随流场运动的轨迹、颗粒-壁面撞击点分布以及导致的不锈钢表面磨损分区的变化.电化学测试了304不锈钢样品表面经冲蚀后,抗腐蚀性能强弱的变化。测试手段包括材料质量损耗、SEM观察、电化学测试。结果表明:在30°冲击角度下,颗粒运动轨迹与流场一致,造成了撞击点的不同分布,样品表面的磨损分区;颗粒撞击造成304不锈钢材料表面抗腐蚀性能减弱。     

丝网表面液滴撞击行为及气液分离器设计优化

本文通过高速摄影研究锡青铜网表面水滴撞击行为,探讨碰撞速度、角度及丝网浸润性对气液分离的影响。水滴撞击普通锡青铜网后阻尼振荡,最终沉积。撞击速度、丝网倾角越大,沉积液滴与丝网接触角越小,浸润面积越大。沉积液膜撕裂产生二次液滴携带,将严重影响气液分离效果。丝网经超疏水纳米修饰后,液滴撞击发生弹跳,丝网倾斜放置,法向撞击速度相对减小,可缓解弹跳液滴分裂产生子液滴及二次液滴携带,提高丝网气液分离器效率。     

固体颗粒与通道壁面相互作用的实验研究

本文通过实验研究了在一个水平直通道和三个倾斜通道内固体颗粒沿着主气流的方向运动,与通道壁面发生碰撞及和主气流掺混的特性。实验采用了PIV测试技术,获得了在流道中固体颗粒及气流的大量的瞬态及对应的时均流场数据。测量采用流场可视化技术,再现了流场的动态细节。在对实验数据分析的基础上,总结了有关颗粒扩散及与固壁碰撞的一些规律,定量阐述了固体颗粒与壁面碰撞的规律,提出了恢复系数为粒子入射速度与角度函数的模型。     

气管支气管树内气流和颗粒运动的大涡模拟

为更精确地描述真实人体呼吸道内的空气流动,明晰颗粒的运动沉积规律,本文从直接医学CT扫描得到的原始数据出发,利用图像辨识技术,重构了一个男性真人气管支气管树前三级的三维几何模型.采用大涡模拟的方法计算了非规则几何曲面结构内的气体流动现象,并在拉格朗日框架下跟踪颗粒的运动规律.数值计算得到了气流场的三维分布,以及颗粒的运动轨迹情况,结果表明现有基于Weibel的对称模型与真实人体的几何结构有较大的差异,而几何结构对流动影响较大;受非对称复杂结构影响,在不同截面的二次气流速度的分布规律不同;分叉后颗粒进入左右支气管的数量有明显的不同.     

黏附性颗粒团撞击平面的离散元模拟

黏附性颗粒团的撞击和破碎存在于众多自然现象和工业过程中。本文采用离散元(DEM)方法模拟了微米颗粒组成的球形颗粒团与平面撞击的动力学过程,研究了表面能、撞击速度、弹性恢复系数和摩擦力等关键因素对碰撞过程及其特征时间、颗粒团破碎率的影响。不同表面能下颗粒团的破碎率与无量纲碰撞能存在归一化的关系,颗粒团破碎程度最高的时刻与直观的视觉判断差异明显,弹性恢复系数和滑动摩擦对临界碰撞能影响显著。     

撞击流中颗粒碰撞传热理论模型研究

建立了考虑颗粒接触面导热的颗粒碰撞传热模型,相应完善了气固两相撞击流理论模型,并对不同条件的撞击流干燥过程进行了模拟。计算结果与实验结果非常吻合,从而验证了所建模型的正确性。本文还分析了颗粒碰撞传热、加料方式以及喷嘴间距对撞击流干燥性能的影响规律。结果表明:在本文所涉及的撞击流干燥过程中,颗粒碰撞传热对干燥性能的影响并不明显;单边加料时颗粒物料的降水幅度及撞击流装置的干燥强度都明显大于双边加料的工况;喷嘴间距较大时,物料的降水幅度及装置的干燥强度均较大。     

多孔介质内颗粒流动特性及其对传热影响的模拟研究

研究采用CFD-DEM方法结合DEM耦合对流与导热的传热模型,对三维不规则孔隙结构多孔介质内细颗粒与孔隙流体的流动及传热特性进行数值模拟。结果显示,颗粒在流体的裹挟下由静止逐渐加速,多孔介质内部温度场、瞬时流体速度大小及方向随着细颗粒与流体的充分混合及颗粒间的弹性碰撞而发生变化。低孔隙率下颗粒易发生沉积,运动轨迹缩短。小孔隙率加速了由热颗粒引起的热传递过程,孔隙内温度上升较快。随着孔隙率增大,颗粒瞬时轴向和径向速度增大,且流动主要沿轴向进行,大孔隙率下颗粒间法向和切向接触力及颗粒拟温度较低,且对单颗粒运动轨迹有显著影响。     

非均衡进气双面离心压气机流场差异分析

采用数值方法研究了在蜗壳内部和压气机进口非对称流场的耦合作用下,非均衡进气双面离心压气机周向流场结构的差异。结果表明:后方叶轮进口轴向速度在周向上存在着较大的差异,且其不均匀程度随流量增大而增强。叶轮不同叶片槽道出口射流-尾迹结构也存在差别,蜗壳内高静压区对应的叶片槽道尾迹区域增大。扩压器内周向静压分布形式与蜗壳内部相同,不同半径位置上静压分布的不均匀程度基本相同,但随着流量的减小,不均匀程度减弱。     

三维槽道两相流颗粒运动的大涡模拟

利用基于动态粘性亚网格模型的大涡模拟方法,分别模拟了Reτ=180的三维槽道湍流内的三种颗粒,以及Reτ分别为180和395时的塑料颗粒的运动状况。其中气相控制方程的求解采用分步投影方法,泊松方程采用基于FFT的快速求解,颗粒的拉氏控制方程采用二阶龙格-库塔积分．模拟统计得到了流体和颗粒的平均速度、脉动速度等,不同的颗粒在流场中(特别是近壁区)表现出来了不同的行为,并再现了颗粒在壁面附近局部富集的现象．随Reτ提高,颗粒各方向上的速度脉动都有所增强．     

90°弯管内冰浆流动特性数值模拟

基于欧拉法建立了冰浆流动的混合模型,对冰浆在90°弯管内的流动特性进行了数值模拟研究,获得了弯管内冰浆的流场和冰晶颗粒的运动轨迹,探讨了弯管管径、曲率半径及冰浆的流速、浓度参数对弯管内冰浆压降的影响,并对弯管压降的模拟结果与实验结果进行对比,两者吻合较好。结果表明:在计算参数范围内,弯管压降随冰浆流速、浓度及弯管曲率半径的增大而增大,随弯管管径的增大而减小;冰浆在弯管内流动形成二次流现象,两个漩涡区域出现在弯管截面两侧;漩涡导致部分冰晶颗粒的运动轨迹发生改变,并使其向弯管下方的负压区聚集,增大了冰晶颗粒的碰撞几率。     

入射速度对颗粒/平板撞击过程影响的实验研究

以燃煤锅炉积灰为背景,对不同入射速度条件下SiO_2颗粒与光滑表面撞击特性进行实验研究。实验采用高速摄像机得到了颗粒法向的入射速度和反弹速度,重点研究了颗粒载体与撞击平台温差相同时,入射速度对粒径约为20μm颗粒的撞击特性影响。结果表明,不同温度场内颗粒法向恢复系数随法向入射速度的增大先急剧增大后平缓最后减小;颗粒入射法向速度相同时,法向恢复系数随平台温度的升高而减小;临界捕集速度随平台及气流的温度升高而增大。     

微纳米结构超疏水表面低浓度乙醇液滴的合并弹跳

本文以去离子水、质量分数为8%和16%的低浓度乙醇溶液为工质,研究了液体表面张力对液滴在平超疏水和层级微槽超疏水表面合并弹跳的影响,揭示液体表面张力变化引起液滴合并过程中与表面结构相互作用的改变,为实现低表面张力工质的动力学行为调控研究提供前期探索。研究发现,在平超疏水表面,质量分数为8%和16%的乙醇液滴合并弹跳过程由惯性效应主导,合并弹跳速度遵循惯性毛细定律,无量纲速度为0.23～0.27,能量转化效率为5.6%～6%。液体表面张力的减小导致平超疏水表面液滴合并弹跳速度的减小,并未影响液滴合并过程中内部动量的传递机制。在层级微槽超疏水表面,槽道边缘增强的黏附作用改变了乙醇液滴合并过程的形态演变,影响了其内部动量的传递,导致液滴合并弹跳速度和能量转化效率降低。随着液体表面张力的减小,液滴间凸台结构对合并弹跳性能的强化作用减弱,而凹槽结构对合并弹跳性能的恶化作用增强。     

甘油液滴与水平固壁面碰撞力的试验研究

本文通过搭建液滴碰撞试验台,研究了甘油液滴分别撞击干燥水平壁面和带液滴壁面时碰撞力随时间的变化规律。研究结果显示:液滴撞击干燥壁面时,碰撞力峰值随碰撞速度与液滴直径的增大而增大;不同液滴直径与碰撞速度下的无因次碰撞力-无因次时间曲线明显贴近,无因次碰撞力峰值随液滴雷诺数增大而具有下降趋势;撞击带液滴壁面会使碰撞力峰值减小,碰撞力持续时间延长,液滴撞击带液滴壁面与干燥壁面的碰撞力峰值之比随碰撞速度增加先减小后趋于平缓。     

使用槽道平均模型的多叶片排N-S方程并行计算

1前言多叶片排三元粘性计算，正在成为压气机、涡轮设计的重要工具。与混合平面模型山相比，槽道平均模型p］能够更加精确地模拟动静叶片间相互作用。它减少了内边界信息传递积累误差，增强了计算程序的鲁棒性。国内很多单位开展了有关的研究工作［‘－’］。本文发展了使用槽道平均模型多叶片N－S方程并行计算程序，并对一多级压气机设计中间方案的前3级进行了试算。2关于槽道周向平均模型这一模型是由Ad。mCZyk［’l提出，它不但被应用于三维直接计算数值模拟，其中的一些基本概念还曾被应用于两类流面迭代平均SZ流面计算。其主要思路…     

基于DEM-CFD耦合的泵内颗粒流动特性研究

随着我国加快深海、深地资源的开发力度,对此类应用环境下的液体提升泵的可靠性提出了更高的要求。而泵内固体颗粒引起的磨损破坏是其中一个严重问题。本文基于DEM-CFD耦合方法,针对自开发的两级混流泵研究了颗粒在泵内部与流体相互作用下的流动特性和对泵的磨损规律,并基于该泵分析了不同颗粒形状、颗粒浓度下的运动特性和泵磨损分布,发现颗粒主要沿着叶轮工作面以及导叶凹面运动,且随着浓度增加,磨损速率会逐渐达到一个饱和值。本文分析探讨了颗粒在泵内的流动特性、颗粒与叶轮导叶发生碰撞的形式及磨损严重区域,对设计抗磨损多级混流泵提供了理论支撑。     

发散冷却叶片槽道内流动和传热的理论分析与试验

本文对发散冷却叶片槽道内气体的流动和传热作了理论分析,导出了有关的数学表达式,比较全面地考虑了影响槽道内热力参数改变的各种因素。试验表明:(1)在槽道内控流孔附近,已经不是一元流动,计算中引入修正是十分必要的;(2)按紊流管内放热强度的五倍来描述槽道内冷气与蒙皮间的放热已不适宜。文中的计算公式为叶片总体传热设计提供了方便。文中列出的试验数据可供设计同型发散叶片用。     

利用超高速撞击产生的等离子体测量微粒速度的方法研究

超高速微粒在与靶物质撞击时会形成瞬时的等离子体.本文首次设计出两种传感器收集等离子体获取微粒到达传感器的时间,然后通过飞行时间法测量超高速微粒的速度.在等离子体驱动微小碎片加速器上开展了原理实验,采集到了微粒撞击产生的等离子体信号,测量到了超高速微粒的速度,验证了这种时间测量精度高、信噪比高的全新超高速微粒速度的测量方法.