液—液分散雾化非相溶两相流界面追踪模拟

基于VOF方法并考虑界面张力影响与界面重构,分别建立不同喷射流率下的非相溶两相流界面追踪模型,追踪液-液分散雾化过程中油-水两相界面变化,模拟了射流破碎和液滴形成、生长与破碎等微观特征,分析了准则数对射流破碎与液滴形成的影响机理。结果表明:所建立的界面追踪模型能模拟不同喷射流率下液-液分散雾化形成液滴过程,但高喷射速率时捕捉流场中小尺度涡破碎过程的能力仍有不足;在不同的液滴形成模式下,射流液体的破碎均具有随机性,并随喷射流率的增大而增强,射流破碎依靠两相界面的波动和失稳形成体积较小的液滴;Re、Ca和Bo准则数对滴流和层流射流时形成的液滴与射流表面及其破碎处的形状的影响比较大,而对于湍动射流而言,则主要影响射流破碎程度和形成液滴的粒径。     

双流体荷电雾化的PDA实验

液体荷电雾化技术能够有效降低雾化的粘滞阻力,提高雾化效果,在雾滴形成后电场能减小雾滴表面张力,使雾滴产生二次雾化,进一步减小雾滴粒径,同时可以提高雾滴粒径尺度的均匀性.以空气、水为介质对自行设计的双流体雾化喷嘴进行了实验研究,获得了不同荷电电压与液气比下的雾滴粒径、雾滴轴向射流速度及雾滴的轴向湍流脉动强度,利用相关技术实现了对气液两相速度和湍流脉动强度的测定,探讨了荷电电压对雾滴粒径、轴向射流速度及湍流脉动强度的影响.     

液液系统中荷电射流不稳定性

针对生物柴油液液静电雾化乳化过程,建立了色散方程并应用Matlab进行数值计算,分析了水射流速度、荷电电压、水与生物柴油各自的黏度、表面张力对生物柴油中水射流不稳定性的影响.研究结果表明,在水-生物柴油系统中,提高水射流的速度或荷电电压,均能使界面波最大增长率增大,对应的最优波数也随之增加.水的黏度阻碍水射流的破碎雾化,而生物柴油黏度对水射流的破碎雾化却起着促进作用.水-生物柴油的界面张力越小,对液液静电雾化乳化过程越有利.在水-生物柴油液液静电雾化乳化实际应用过程中,除提高水射流速度和荷电电压外,提高水的温度同时尽可能地降低生物柴油的温度,可以形成粒径细小均匀离散相液滴,获得优质的生物柴油乳化燃油.     

农药液滴撞击移动液膜和非对称冠状水花形成机理分析

研究农药液滴在植物表面的撞击规律对于提高农药喷雾效率、促进农业病虫害治理具有重要意义。采用CLSVOF（Coupled level set and volume of fluid）方法建立单液滴撞击水平运动液膜的数值模型，通过分析撞击后液体内部的压力分布、速度分布和涡量云图，验证了运动间断、射流形成和射流顶部末端飞溅机制，揭示了非对称水花形成机理。由计算结果可知，液膜流动产生冠状水花主要体现在两侧射流发展行为不一致、冠基厚度不均匀和两侧射流末端飞溅现象不对称，并且受液膜流动惯性的影响，冠基随着液膜流动发生迁移，当无量纲速度U=0.8、无量纲时间T=3.47时，冠基完全迁移至撞击点右侧；颈部压差机制导致射流形成，射流的发展由液滴的径向运动和射流端部的旋涡共同决定，随着液膜流速的增大(0～0.8)，上游的射流沿水平方向快速生长，下游射流则倾向于垂直向上延伸，两侧射流末端运动速度均增大；液滴径向运动速度和铺展速度之间的速度差决定了射流末端飞溅状态，上游液膜流动方向与液滴铺展方向相反，故上游末端飞溅行为比下游显著。     

料液脉动燃烧尾气雾化试

脉动燃烧器产生的高温振荡尾气流可用于料液的脉动气流雾化干燥,作业成本低,干燥质量好.本文采用小型亥尔姆霍茨(Helmholtz)型脉动燃烧器,利用激光测试仪测定雾滴粒度和粒度分布,研究了脉动燃烧尾气流雾化料液过程中料液流量、料液粘度和脉动气流频率对雾滴粒度和粒度分布的影响规律.试验结果分析表明,料液流量35 L/h、脉动气流频率100 Hz、料液粘度适中时的雾化效果最好.     

渐缩式空气雾化喷嘴设计与仿真

为了提高喷嘴雾化效率,基于维多辛斯曲线理论,对喷嘴出口结构进行优化,研制出了一种新型渐缩式空气雾化喷嘴。利用Fluent软件基于DPM方法和标准湍流模型,模拟仿真了喷嘴雾化的速度分布和粒径分布,并分析不同喷嘴气液夹角对雾化效果的影响。分析结果表明:雾化气体速度在轴线方向随距离增大而明显减小,在径向方向上呈标准正态分布;当气液夹角α=20°时,雾化气体速度最大,液滴索特尔平均直径(SMD)最小,雾化效果最好。     

圆柱水射流中的能量分布与统计特征

在13,15,17 MPa压力下,采用相位多普勒粒子分析仪（PDPA）对自由圆柱水射流的轴向速度、轴向脉动速度和液滴粒径进行测量,对通过射流场中不同位置测量体的单个液滴特征进行统计分析,以获得单个液滴的轴向速度和对应的液滴数的相关特征,进而分析射流束中的能量分布.研究结果表明：在相同压力条件下,不同轴向截面上的轴向速度分布呈现一定的相似性,截面边缘处的轴向速度梯度较大;截面边缘处的轴向脉动速度较大,且随射流压力增加,轴向脉动速度增大.对位于中间点的测量体,具有较高速度的液滴占据绝大多数;对边缘处的测量体,液滴速度谱较宽.在不同轴向截面上,随射流压力的变化,对应位置的统计关系变化规律不同.在设定的第1采样时段内,在各中心点处测量体内采集到的有效液滴数相差不大.但穿越边缘点测量体的有效液滴数随射流压力和截面位置的变化极不规则.     

二流体雾化器雾化过程仿真及实验

探究了二流体雾化器液膜破碎过程与液滴形成过程,对不同螺距和喷嘴出口形状的二流体雾化器喷嘴进行仿真研究。仿真分析了二流体雾化器的液膜形成与破碎过程,通过耦合VOF-DPM模型,成功获得了雾化过程中的液滴粒径尺寸分布,并通过实验验证仿真结果的准确性。研究结果表明：二流体雾化器中螺距对气相的速度影响较大,高速的气相从出口流出时会形成较大湍流抬升导液管附近液相;不同的喷嘴结构会导致液相延伸的长度和一次破碎完成的时间不同,气相的速度越高二次破碎能产生粒径更小的液滴颗粒;气相速度较低的喷嘴二次破碎过程以液团形式完成二次破碎,气相速度较高的喷嘴则以液带形式完成二次破碎。     

双吸泵输送含沙水流时蜗壳内压力脉动特性

为了研究含沙水流下单级双吸式离心泵蜗壳内压力脉动的变化规律,采用 ASMM固液两相流模型和 RNG k －ε湍流模型,并结合 SIMPLEC 算法,在固液两相流介质时对泵内流动进行了全流道三维非定常数值计算．分析不同固相体积分数和粒径时,泵蜗壳内压力脉动的变化规律,并将固相体积分数＝12％、固相粒径 d ＝0.050 mm 时的计算结果与输送清水介质时计算结果进行了对比．结果表明：固液两相介质下的压力脉动远大于清水介质,且脉动波形滞后0.002 s;随着固相体积分数的增大,蜗壳内压力脉动幅值逐渐增大;随着固相粒径的增大,压力脉动幅值有减小的趋势;蜗壳内压力脉动主要以叶片通过频率为主,且在1倍叶频处压力脉动最大．     

离心泵叶轮固液两相流动及泵外特性数值分

基于N-S方程和标准k-ε湍流模型,采用SIMPLEC法,对离心叶轮三维固液两相流场进行了耦合计算,得到了固相(颗粒)不同粒径、不同体积浓度不同密度以及不同流量时的固相(颗粒)浓度分布,并研究了外特性的变化规律.模拟结果表明,颗粒本身的性质密度、粒径对颗粒的分布及运动规律影响较大,密度、粒径越大的颗粒在惯性力作用下易偏向工作面;颗粒体积浓度对颗粒的分布略有影响;泵在非设计工况下运行时,相对进口液流角的变化影响了颗粒在叶轮内的分布情况;颗粒密度、粒径、固相体积浓度的增大会引起扬程的减小.     

Sprinkler droplet size distribution measured with an optical spectropluviometer

In solid set sprinkler irrigation systems, many factors have influence on water partitioning efficiency and uniformity. Drop size formation in the irrigation process is affected by some of these factors. Soil crustiness and damage to bare soil structure are problems associated with large drops. This study shows the results of measured drop size distributions in medium-sized sprinklers. An optical spectropluviometer (OSP) with infrared beam was used to measure drop size distributions. A variety of factors were checked: sprinkler type, nozzles, jet straightening vane and working pressure. The results showed that working pressure has the most influence on drop sizes; under low-pressure conditions, drops with a diameter of about 9 mm can be formed. The influence of the jet straightening vane and the types of nozzles and sprinklers has also been studied. A good similitude is obtained between the medium drop diameters measured and those simulated with the SIRIAS ballistic simulation model.     

气泡雾化喷嘴气体溢出过程声波信号的时频特征研究

通过自建的气泡雾化喷嘴射流可视化实验平台对射流中气体溢出过程进行了声波信号采集和图像观测。采用自适应最优核(AOK)与希尔伯特-黄变换(HHT)边际谱两种时频分析方法对采集到的声波时频信号进行了处理和分析。结果表明:气泡溢出喷嘴时会导致声波信号AOK时频谱幅值的增加;时频谱幅值随时间的变化可以反映喷孔处气体溢出量的实时变动;声波信号的HHT边际谱能量主要集中在一定频率范围内,且在频率轴上的分布与气液两相压力、气液混合状态等因素有关;边际谱能量关于某一中心频率呈近似对称分布,且该中心频率与气泡压力相关,而与气泡大小关系不大;声波信号的时频分析结果能很好地捕捉到气泡雾化喷嘴射流时气相在溢出过程中的变化。声波信号时频分析方法可作为气泡雾化喷嘴射流研究的一个有效途径。     

外圆柱沟槽对环隙内波动涡流的影响

采用CFD数值计算方法对同心圆柱环隙内的波动涡流进行了数值模拟,根据PIV试验结果验证了数值计算方法的可靠性.重点研究了光壁模型和沟槽数量为9的2个模型环隙内的流场分布以及波动涡流的波动特性,对比分析了2种模型周向的流场分布,计算了泰勒涡的轴向尺寸及其轴向振幅,通过对比2种模型在R-Z平面上的径向速度分布,讨论了沟槽对环隙内流体的外射流作用的影响,分析了沟槽区域的流动特征以及出现的二次流现象.研究结果表明:沟槽的存在显著改变了环隙内的流场分布以及波动涡流的波动特性,沟槽区域形成的旋涡流动促进了沟槽内流体与环隙内流体的相互作用,加剧了环隙内的流动不稳定性.     

气泡雾化喷嘴的试验研究

气泡雾化是一种新型的两相流雾化方法,具有更小的雾滴直径和更低的工作压力.为此,设计了一种新型农业施药用的气泡雾化喷嘴,并对其流量和雾化特性进行了实验研究.其试验结果发现:喷嘴的雾化特性主要受气液比的影响,流量特性比较复杂, 气体流量和液体流量之间相互影响,一相流量的变化必引起另一相的流量变化;水平喷射时,颗粒直径沿径向的分布不对称,下方沿径向增大;上方基本不变.喷嘴出口直径的大小对雾化质量影响较小.     

轴向射水减弱尾水管低频压力脉动试验

设计了一种从蜗壳引水通过泄水锥向尾水管内进行轴向射水的结构,实现减弱尾水管内低频压力脉动.对轴向射水和无射水情况下混流式水轮机内部压力脉动进行了模型试验研究.分析了4种部分负荷工况轴向射水和无射水时水轮机内部压力脉动幅值特性和频率特性,研究了轴向射水减弱尾水管低频压力脉动的效果.研究表明,在部分负荷工况下尾水管中存在螺旋涡带并引起尾水管壁处强烈的低频压力脉动,其频率约是1/5转频,该低频压力脉动是引起水轮机不稳定运行的主要原因;实施轴向射水后,在各部分负荷工况尾水管中低频压力脉动幅值都有明显减弱,但涡带频率基本保持不变.轴向射水使涡带向下游移动并对双涡带结构起到抑制作用.     

超声雾化的研究现状及在农业工程中的应用

介绍了超声雾化的工作机理以及在各个领域的应用,对超声雾化的应用前景特别是在生物与农业工程领域的应用前景进行了展望,并且简要地介绍了江苏大学在该领域的最新研究成果.结果表明:超声雾化的雾滴尺寸细小,分布均匀,雾化效果容易控制,但也存在着一些不足之处,在进一步探索解决办法后,可望有更好的应用前景.     

喉管长度对环形射流泵性能影响的数值模拟

基于有限体积法和Realizablek-ε紊流模型,应用Fluent软件对环形射流泵内部流场进行数值模拟,并对计算的可靠性进行验证.由射流泵内部流场可以看出,环形射流泵射流的扩展混合在喉管和扩散管中均存在.针对不同喉管长度下环形射流泵内部射流扩展和壁面压力分布情况,模拟分析了不同喉管长度对环形射流泵性能和效率的影响.结果表明,喉管长度对喉管内射流扩展、环形射流泵性能和效率均有一定影响.喉管越长,射流扩展混合程度越好,但过长的喉管会带来较大的摩阻损失.根据效率最高原则,环形射流泵喉管长度Lt应符合Lt/Dt=2.17-2.89,其中当喉管长度为喉管直径2.69倍时效率最高,可达到35.6%.     

液—液循环流化制冰床流化特性研究

基于图像采集与处理方法实验研究了液-液循环流化制冰床的流化特性,发现颗粒的聚团、分散、粘连和聚并4个典型流化特征,获得了颗粒的沿程粒径分布,基于弗劳德准则数Fr揭示了颗粒流化特征与液-液循环流化床流化状态的相关性,讨论了流化床散式流化状态的参数区域。结果表明,颗粒的流化特征和沿程粒径分布随液-液循环流化床高度、运行参数及参数组合的变化而发生改变;距液-液循环流化床底部0.50 m高度内首先发生颗粒的聚团流化,受颗粒相变程度影响,进而在流化床0.50 m高度以上形成颗粒的聚并、粘连和分散流化,但颗粒聚并形成更大颗粒的现象不可避免;液-液循环流化床的流化状态由弗劳德准则数判别,并与颗粒的流化特征相对应,其理想的流化状态——散式流化主要发生在分散液体流量较小、循环液体流速和温度较低的区域。