改进型撞击流反应器的颗粒混合特性

撞击流技术是现代社会强化过程的一种手段,具有巨大的发展潜力和应用前景。然而,在传统撞击流反应器中,颗粒混合效果不佳,导致相关反应进行不充分。为此一种入口速度动态变化的撞击流反应器应运而生,反应器的流场同样分为入口区、撞击区、出口区和漩涡区,但撞击面在几何中心处波动,从而使颗粒的混合区域扩展到整个反应器,并采用流体计算动力学对该改进型的撞击流反应器进行数值模拟。在保证平均流量相同的情况下,采用三角直线型的流速进入撞击流反应器,并与传统撞击流反应器进行分析对比。分析结果表明,颗粒的活动范围得到了有效地加强,与传统撞击流反应器有明显的优势,可以实现颗粒理想混合和相关反应充分进行。     

耦合DEM-CFD法双入口磨粒流动力学模拟及加工试验

针对单入口磨粒流加工装置光整不均匀问题,提出了双入口磨粒流加工装置,为了解决传统CFD软件不能跟踪颗粒撞击壁面问题,结合DEM和CFD方法,通过耦合PFC和CCFD软件,利用DMP颗粒运动模型和标准k-ε湍流模型来模拟磨粒在流场中的运动.仿真中,通过PFC记录磨粒撞击壁面的速度和次数,通过CCFD记录流场运动状态,并应用Abaqus中Johnson-Cook模型分析了撞击速度和撞击次数对靶材质量损失的影响.数值模拟结果表明,双入口装置内两股流体撞击使得磨粒运动更为无序,磨粒撞击壁面次数大大增加,同时撞击壁面速度大于40 m/s的次数达到1 382次,远大于单入口的563次,使得加工面的材料去除速度更快.加工试验结果表明,加工30 h后,双入口装置加工的工件表面粗糙度Ra=0.35 μm,单入口装置工件表面粗糙度Ra=0.65 μm,加工效率明显提高.     

撞击流反应器流场稳定性研究

采用数值模拟的方法研究对置喷嘴撞击流,分析了撞击流流场结构,创建了7种不同管径比的几何模型,分别为1/3、1/5、1/7、1/10、1/12、1/15、1/20,同时也考察了气流雷诺数对稳态和非稳态撞击流稳定性的影响。研究结果表明,撞击流的稳定性与撞击流的几何模型及入口雷诺数有关,撞击流流场可分为入口区,撞击区,出口区及漩涡区。对于非稳态工况下,在入口气流雷诺数一定情况下,管径比大于1/10的模型都能形成稳定的撞击流,管径比小于1/10的模型中撞击流形成一段时间后都会失效。当管径比一定时,随着雷诺数的增大,撞击流持续时间在减小,变化形式依据不同管径比而不同。     

颗粒流撞击壁面的离散元模拟

为了解决催化裂化装置中催化剂颗粒的磨损、撞碎等问题,首要解决催化剂颗粒的运动特性问题,为此将离散元数值模拟的技术应用到催化剂颗粒撞击壁面的模型中,简化了催化剂颗粒撞击壁面的模型为颗粒流撞击壁面模型,开展了颗粒流撞击壁面的离散元分析;建立了颗粒流中随机标记颗粒的速度与时间、位移与时间的关系,及整个颗粒流的动能与时间的关系;追踪了标记颗粒的运动轨迹,解释了颗粒流撞击壁面产生不规则分布的原因;提出了分段区间随机取样求得壁面平均应力的方法,在不同入射速度下对壁面产生的平均应力大小进行了对比分析。研究结果表明,入射颗粒流的速度对壁面应力的影响呈不稳定性,不同的入射速度影响壁面的平均应力大小,且在一定范围内入射速度越大,壁面的应力越大。     

液动压悬浮抛光固液两相流CFD数值模拟及PIV验证

针对液动压悬浮抛光固-液两相流中固相颗粒与工件表面撞击的过程,对不同加工工况下的固相颗粒与工件表面的撞击角度和速度进行了研究。采用计算流体力学方法建立了液动压悬浮抛光流场的三维模型,并输出了固相颗粒撞击工件表面的速度场;同时使用粒子图像测速方法对不同工况下的抛光流场进行了试验观测。研究结果表明:CFD模拟获得的撞击速度值与PIV观测值非常接近,且随转速增加,PIV观测值受固相颗粒之间的撞击效应影响越大;抛光过程中固相颗粒撞击工件表面的角度非常小,近似于在工件表面平行摩擦,且抛光盘转速和抛光液浓度对撞击角度的影响很小。     

磨粒流抛光弯管的数值模拟与试验优化

针对当前复杂零件难以精密加工的问题,运用磨粒流技术进行光整加工,考虑入口压力和颗粒浓度双因素对磨粒流加工的影响,以弯管为研究对象,依据流体力学理论,对不同入口压力和颗粒浓度下的速度、湍流动能和总压进行了仿真分析,经过对比分析得出结论:当入口压力为6MPa,颗粒浓度为10％,磨粒流的抛光效果最好,并根据此参数进行了磨粒流抛光试验.试验结果表明:弯管内表面的粗糙度降低,但是出口处的表面粗糙度要高于入口处的表面粗糙度,因此选择以出口为磨粒流入口,重复进行试验,最终得到均匀一致的表面.     

固液两相流体流速热力学数值分析

以磨粒流加工非直线管为研究对象,通过对固液两相流热力学能量平衡方程的数学分析和非直线管内部通道固液两相磨粒流抛光的流动传热特性及相应的表面加工特性进行数值模拟,可获得不同入口速度条件下的非直线管通道近壁面处的湍流动能、湍流强度、湍流粘度、动态压强分布云图及速度与湍流动能、速度与温度之间的对应关系,藉此研究多物理耦合场条件下固液两相磨粒流加工热力学特性,为实现磨粒流抛光表面质量控制技术提供理论基础。     

流化床撞击流气流粉碎机拉瓦尔喷管研究

流化床撞击流气流粉碎是对矿物进行超细粉碎的重要方法,喷管是其最关键部件之一.根据流体力学理论对流化床气流粉碎喷管进行了研究,提出了轴对称撞击流速度势函数表达式和喷管直径变化方程,并根据相关理论对超声速拉瓦尔喷管进行了设计和制造.实验证明,采用该喷管对煤进行超细粉碎,在喷管入口压力为0.7 Mpa～1.0 Mpa、转速分级轮转速＞2400r/min条件下,粉碎产品中以粒径小于2 μm的颗粒为主,对煤具有良好的超细粉碎效果.     

多角度弯曲管磨粒流加工数值模拟研究

采用磨粒流加工工艺对多角度弯曲管内表面抛光过程进行数值模拟研究。利用FLUENT软件研究了不同弯曲角度下入口流速、磨料浓度对磨粒流抛光工艺过程的影响,得到了入口流速、磨料浓度对弯管局部压差、进出口压差、湍流强度等参数的影响规律。对压力和速度的整体作用效果进行了分析,得出了磨粒流抛光细长管类零件内表面的适宜工况。在此基础上,进行了磨粒流抛光过程热量积聚的非稳态模拟,模拟结果表明加工过程中温度变化较小。研究结果为实际磨粒流加工提供了参考。     

不同结构联箱内涡量场及流量不均匀性分析

在不同入口速度下,采用Realizable k-εRNG湍流模型对两种不同来流结构的联箱进行数值模拟,并对涡量分布进行研究。在涡量数据的基础上,通过计算得出涡通量的大小对不同速度下不同结构联箱内流动产生的漩涡进行研究;并采用最大流量不均幅值和综合流量不均幅值定量地对直管来流和弯管来流联箱进行评价。结果表明,在不同工况下,直管来流的流动更为复杂,联箱内部存在大量的漩涡,流体有旋流动强度更剧烈;当入口速度为0.6 m/s时,直管来流的流量不均幅值明显高于弯管来流,此时的流量分配不均匀程度相差最大。