竖直通道内相邻气泡对上升的直接数值模拟

采用Level Set方法和耦合表面张力模型的Navier-Stokes方程,结合ALE数值算法,直接模拟了竖直通道内两个相邻气泡的上升。重点研究不同空间布置的8mm气泡对后面的尾迹流及其相互作用。数值模拟准确再现气泡对的变形、吸引及排斥行为,气泡上升速度计算结果与经验式吻合。模拟结果表明,两个气泡后面的尾迹流及其相互作用决定了上升气泡对的行为。并排上升的气泡对,由于尾流区被一个射流流动分隔,气泡对没有聚并;然而当垂直上升气泡对中的尾随气泡有超过50%的投影面积进入到前头气泡的尾流区,聚并现象发生。     

基于修正的颗粒动理学模型超细颗粒聚团流动模拟研究

为解决超细颗粒多尺度气固两相聚团流动问题,对颗粒弹性模量和颗粒粘度经验公式进行修正。采用修正的周涛-力平衡模型来描述颗粒间的微观聚团过程,得到改进的颗粒动理学模型(KTGF),并结合气相方程,建立适合超细颗粒气固两相聚团流动的数学模型。对流化床和聚并器内的超细颗粒聚团气固两相流动过程进行数值模拟。结果表明:采用改进模型后计算误差减少了64. 8%,与实验结果更接近。在聚并器中,肋片间距和布置对团聚效果有很大影响,当扰流圆柱和肋片间距为325 mm,相邻肋片间距为200 mm,肋片旋转30°布置时,可提升聚团效果。     

高剪切力下气泡聚并与破碎特性的数值研究

了解气泡在剪切力场中的聚并与破碎机理及生长与运动特性,对于气液搅拌槽中桨叶的优化设计具有重要意义。将欧拉-欧拉模型与群体平衡模型(population balance model, PBM)进行耦合,对不同剪切力下的气液两相流场进行求解,研究了剪切力、高剪切力下进气速度、气泡塔高度对气泡聚并与破碎的影响,并结合气泡的聚并与破碎模型对高剪切力下气泡的聚并与破碎机理进行了探究。研究表明,剪切力主要影响气泡的破碎,当剪切力较小时其对气泡破碎的影响较小,随着剪切力的增大其对气泡破碎的影响逐渐显著,使小气泡的含量大幅增多;高剪切力下进气速度、气泡塔高度对气泡的聚并与破碎的影响不明显。     

幂律流体液膜射流的时间不稳定性分析（英文）

基于时间模式不稳定性理论,研究了无黏静止气体中二维幂律流体液膜射流不稳定过程.在对幂律流体本构方程线性近似的基础上,通过对非对称模式和对称模式的色散方程的推导和求解,研究了广义雷诺数、韦伯数、气/液密度比以及幂律指数对于液膜破碎的影响.结果表明:在两种模式下,不论剪切变稀流体还是剪切变稠流体,液体的黏性和表面张力都会抑制液膜破碎,而气/液相互作用力则促进液膜破碎.而且,幂律指数越小,液膜射流越容易破碎.同时,尽管非对称模式在液膜破碎过程总是占据主导地位,但是当两种模式的最大扰动增长率的量级同阶时,对称模式对于液膜破碎也起着重要作用.     

有压管道中孔板相对间距对局部阻力系数的影响及其机理研究

为探明局部构件对局部水头损失的影响,采用标准κ-ε紊流模型,就有压直管道中单个孔板局部阻力系数随雷诺数(Re)的变化规律及孔板相对间距(Ls/d)对总局部阻力系数的影响进行了试验研究和数值模拟。结果表明,数值模拟结果与试验结果吻合,即单个孔板局部阻力系数随Re增大而增大直至趋于定值;当Ls/d≤9时,总局部阻力系数小于单个孔板局部阻力系数之和,相对间距越小,两孔板间的影响越明显,总局部阻力系数越小;当Ls/d9时,可以认为两孔板间已无相互影响,总局部阻力系数等于单个孔板局部阻力系数之和。为进一步分析其影响机理,模拟了不同孔板间距下的管道流场,从流场角度初步揭示了孔板间距对总局部阻力系数的影响机理。     

双液滴间距对低速撞击超疏水管壁的动态特性影响研究

液滴撞击壁面过程研究应用广泛。采用相界面追踪的(coupled level set and volume of fluid,CLSVOF)方法对双液滴连续撞击超疏水管面的动态过程进行了数值模拟研究,得到了双液滴撞击后的动态行为特征,并分析了两液滴的竖直间距对液滴撞击结果的影响。结果表明:大小相同的双液滴在低速(0.5 m/s)撞击接触角为160°的超疏水管壁时,液滴间距为d_p时发生同相撞击,液膜在铺展过程中产生中心断裂现象并卷吸气泡,其反弹高度较2d_p、3d_p时高;液滴间距为2d_p、3d_p时发生异相撞击,反弹过程中两液滴发生挤压形变,液滴间距较大时还会在反弹阶段出现液膜断裂现象。     

厌氧发酵液中气泡生成特性的数值研究

为了探究带有屈服应力性质的厌氧发酵液中的气泡生成特性,采用VOF法对带有屈服应力性质的厌氧发酵液中的气泡生成过程进行了数值研究。研究发现:带有屈服应力性质的厌氧发酵液中的气泡生成过程可分为膨胀阶段和脱离阶段。在气泡膨胀阶段,气泡中心的起始纵向速度较大,然后速度下降,并维持在一个较小的速度下膨胀;此时,气泡周围的流体主要沿气泡的外法线方向流动,使气泡加速膨胀,直至膨胀成球状。在气泡脱离阶段,气泡的侧端产生了对称的左右漩涡,促使其顶部继续向外扩张,纵向速度有较明显的增加;同时,气泡的"长颈"开始加速生成,最后与喷嘴脱离。在气泡的生成过程中,屈服区域逐渐变大。对于不同的屈服应力的流体而言,气泡的纵横比随着屈服应力的增大而减小,其生成时间随着屈服应力的增加而增加。文章的研究结果将有助于禽畜粪便厌氧发酵过程的优化设计。     

添加剂对CO_2水合物浆流动特性的影响

搭建了研究水合物浆生成、流动、传热特性的实验系统,对添加TBAB、TWEEN两种防聚剂的CO_2水合物浆与纯水系中的CO_2水合物浆进行比较,从而筛选出流动特性最好的防聚剂种类及其对应的质量分数.结果发现,添加TBAB和TWEEN后能有效阻止水合物聚集成团,提高了浆体的稳定性和均匀性.研究表明:当流速为0.2~0.4 m·s~(-1)时,浆体表现为H-B流体,呈剪切变稀特性;当流速为0.4~0.6 m·s-1时,TBAB质量分数分别为0.3%、0.9%和TWEEN质量分数为0.6%时浆体均表现为宾汉姆流体,呈剪切变浓特性,其余质量分数时浆体与低流速区相似,均表现为H-B流体,呈剪切变稀特性.提高TBAB质量分数,对改善CO_2水合物浆流动效果明显,而当TWEEN质量分数为0.6%时浆体的流动特性最好.     

高碱金属煤燃烧过程中渣体抗剪特性研究

为了研究高碱金属准东煤燃烧过程中渣体的断裂及脱落机理,以新疆准东地区某350 MW电站锅炉除尘器粉煤灰为研究对象,搭建了高温直剪实验系统,通过土工试验中重塑灰样的方式研究煤灰在高温下的抗剪切特性。结果表明:当剪切温度为200℃时,煤灰颗粒间的内摩擦角和黏聚力为71.570°和123.360 kPa;当剪切温度升高至800℃,内摩擦角和黏聚力为62.122°和404.390 kPa;温度升高使灰颗粒间的滑动摩擦和镶嵌作用产生的摩擦阻力降低,使颗粒间胶结作用增强。     

浸水时间对砂泥岩颗粒混合料抗剪强度的影响

为研究浸水时间对砂泥岩颗粒混合料抗剪强度的影响程度,通过直剪试验分析了浸水时间对砂泥岩颗粒混合料的剪应力、抗剪强度及剪胀效应的影响。结果表明,砂泥岩颗粒混合料浸水后剪切过程大致分为弹性阶段和稳定破坏阶段;砂泥岩颗粒混合料的粘聚力随浸水时间呈现“增大—回落—基本稳定”的变化趋势,混合料的内摩擦角在整个剪切过程中变化不大;浸水时间越长,砂泥岩颗粒混合料的剪胀性越小,减缩现象越明显。研究结果为以砂泥岩颗粒混合料为建筑填料的涉水工程建设提供了参考依据。     

锂离子电池内隔膜褶皱的原因及消除

在锂离子电池制造过程中,电芯注入电解液时,隔膜局部区域出现褶皱并在隔膜和极片间残留有气泡是一个常见的现象.隔膜上的褶皱和隔膜/极片间界面的缺陷会造成电池内阻分布不均匀,内阻低的地方电池循环过程中可能会局部过充或过放,进而影响电池的一致性及循环性能.针对这一现象,对不同种类的隔膜进行了研究,发现溶剂碳酸二甲酯(DMC)在流动浸润隔膜过程中,各种隔膜均会产生褶皱,且褶皱间距随隔膜厚度的增加略有增大.通过对DMC流动浸润隔膜的前端进行分析,发现隔膜产生褶皱主要有两个原因:DMC局部浸润隔膜过程中,毛细作用导致隔膜在液体流动前端出现隆起,在隔膜和极片间出现间隙.同时,DMC扩散到隔膜和极片的内部孔隙所排出的气体在极片/隔膜界面处积累形成气泡,导致隔膜出现局部的变形和皱褶.为解决上述问题,本文提出在电池加工过程中把涂布有聚偏氟乙烯(PVDF)的复合隔膜与正负极片热压黏合,粘合力抵消DMC浸润隔膜时所产生的毛细作用,能够减少或完全消除隔膜的褶皱.实验表明,当隔膜和正极极片热压后的剥离强度小于10 mN/cm时,黏结力尚不足以完全平衡毛细作用,隔膜仍会出现局部的皱缩,但褶皱数量明显减少.当剥离强度大于15 mN/cm时,隔膜的褶皱现象才被完全消除,说明提高隔膜与极片间的黏结强度,是一个解决隔膜/极片界面处缺陷的有效方法,隔膜褶皱等宏观缺陷的消除也有利于提高锂离子电池的一致性及循环稳定性,具有明确的实际应用价值.     

绕流圆柱对气固两相流场颗粒聚并效果的研究

采用大涡模拟耦合群平衡模型的方法模拟绕流圆柱流场中颗粒的扩散特性和聚并效果。分析圆柱尾迹的分布,研究流动时间、颗粒St数和颗粒的体积分数对细颗粒聚并的影响。结果发现:随着流场的发展,沿着流动方向涡量值逐渐减小,不同粒径的颗粒受漩涡的影响在流场中的分布不同;增大入口处颗粒的体积分数,可增强颗粒聚并效果,颗粒的体积分数增大到一定值后,颗粒聚并效果变得不明显;当入口颗粒St≤1时,颗粒的St数越小,聚并效果越显著。     

折流板除雾器内液滴运动和分离特性的数值研究

采用欧拉-拉格朗日方法,建立了湿法烟气脱硫系统折流板除雾器内气液两相流动模型。通过三维数值模拟,得到了不同进口气速和叶片间距下液滴的运动和捕集特性,分析了液滴间的碰撞作用、气流对液滴的破碎作用以及液滴与壁面间的相互作用对分离效率的影响规律。结果表明：进口气速和液滴粒径是影响分离效率的主要因素,小粒径液滴对气流的跟随性较强,大粒径液滴的运动主要由惯性主导;模拟中考虑液滴的碰撞作用时整体的除雾效率增大,气流对液滴的破碎作用对分离效率的影响甚微,考虑了液滴与壁面间相互作用的模型可更加准确地描述分离过程中出现的二次夹带现象。     

泡沫金属制备过程中气体射流发泡过程数值模拟

应用Euler-Lagrange方法对制备泡沫金属过程中的空气射流发泡过程的两相湍流流动进行三维数值模拟。连续相液态金属铝液采用标准k-ε模型,而离散相气泡采用颗粒轨道模型描述。考虑气泡受力分析、气泡湍流扩散以及气液两相耦合对颗粒轨道模型的影响。模拟结果表明:相同气体体积流量下铝液的轴向速度沿径向方向有所增加;当气体体积流量为1.0L/min时气泡质量浓度分布不均匀度最小,从而有利于泡沫的收集。     

空气冷却器结霜特性的实验研究

为研究空气冷却器结霜的影响因素,用实验的方法对冷风机的结霜现象进行研究。用显微照相法测量不同工况下的霜层厚度。结果表明:翅片间距、翅片表面材料、空气相对湿度、蒸发温度对冷风机的结霜过程有重要影响。翅片间距越小,结霜发生越早,霜层增长越快;翅片表面亲水材料推迟了结霜的发生时刻,但对结霜量无明显影响;蒸发温度越低,霜层增长越快,初期霜的粒径逐渐变细小;空气相对湿度越大,霜层的厚度越大,结霜速率越快,但结霜速率的增长趋势在相对湿度较高时有所减弱,相对湿度对结霜开始时间无明显影响。     

直条缝翅片管换热器传热与流动阻力性能研究

为了解翅片间距、翅片厚度、翅片材料和基管材料对直条缝翅片管换热器的传热和流阻性能的影响,以及获得通用的换热与流动阻力计算关联式,对一种直条缝翅片管换热器进行了实验研究。通过风洞试验台共进行了7个试件的试验,试验过程中管内水的进口温度和速度保持60℃和1.5 m/s不变,进风温度保持21℃,入口风速为1.5～4.5 m/s。结果表明：在管外空气侧雷诺数Re_a为2647～8143范围内,随着翅片间距的增大,对流换热系数先增大后减小,存在一个峰值;翅片间距对阻力的影响与管外空气侧雷诺数有关,当Re_a≤5 000时翅片间距越小摩擦系数越大,当Re_a>5 000时,翅片间距越小,摩擦系数越小;翅片厚度的增加会增加对流换热系数和摩擦系数;紫铜(T2)翅片的对流换热系数高于8011铝合金(AL8011)翅片,但摩擦系数较低;T2基管的对流换热系数最高,铁白铜(B10)基管次之,316L不锈钢(316L)基管最低;不同的基管材料对摩擦系数没有影响。     

闪急沸腾条件下的二甲醚气爆雾化理论研究

为深入研究气泡微爆对燃油雾化的影响,利用线形稳定性理论推导了可描述气泡生长过程中的不稳定扰动所需要满足的色散方程,并对该方程进行了无量纲化处理,以此对二甲醚气泡生长的不稳定性进行了研究,建立了新的油滴破碎准则。研究结果表明:气泡Weber数和气泡的体积分数越大,气泡越不稳定;油滴破碎时间随气泡生长速度的增大或者初始油滴/气泡半径比的减小而缩短。     

平焰燃烧器间流场相互作用的数值研究

为了优化加热炉中多个平焰燃烧器间的燃烧性能,以两个平行平焰燃烧器为研究对象,采用修正的-湍流模型,遵循简单化学反应系统,采用的湍流燃烧模型为涡团耗散模型,使用计算流体力学软件对其流场进行模拟,分别从不同气流旋转方向,研究了不同燃烧器间距对速度、压力、温度分布的影响。分析表明:当气流反向旋转时燃烧器的间距(/)为11.43～15.24或当气流同向旋转时燃烧器的间距为15.24～19.05时,都能够显著提高炉内物体的加热质量。可为平焰燃烧器的工业应用提供一定的参考依据。     

土霉素浓度对猪粪厌氧发酵的影响

文章以新鲜猪粪为发酵原料,采用批量发酵工艺,对不同浓度土霉素条件下的日产气量、日产甲烷量、累计产气量、累计产甲烷量以及动力学拟合结果进行分析。分析结果表明:随着土霉素浓度的增加,各实验组的累计产气量均逐渐减少,当土霉素浓度为500 mg/kg时,累计甲烷产量为4 454±114.35 mL,且抑制率达到最大值(15.02%);当土霉素浓度为0～100 mg/kg时,可用线性方程估算出抑制率;当土霉素浓度为300～500 mg/kg时,土霉素会对产甲烷菌产生较大的影响,但系统尚有自我恢复能力;土霉素的引入并未对厌氧发酵过程及产气规律产生较大影响。该研究结果可为采用含有土霉素的生物质进行厌氧发酵产甲烷提供参考。     

温度分层环境中水面船模气泡尾流电导率特性的实验研究

为了研究温度分层和气泡对水面舰船尾流电导率信号影响的规律,在有无气泡两种情况下,分别在恒温水槽和温度分层水槽中检测了水面船模尾流的电导率信号,并分析了水面船模航速对温度分层环境中船模气泡尾流电导率信号的影响.实验结果表明:无论温度分层和气泡是否存在,都不会改变尾流核心区电导率信号随深度增加而降低的特征;与恒温流场相比,温度分层的存在使得尾流宽度变小(例如由恒温流场时的2.2 B(船宽)降低为1.5 B);在温度分层环境中船模低速航行时的气泡尾流半宽约为高速航行时的二分之一;气泡的存在使得尾流的电导率信号波动变大;当温度分层和气泡同时存在时,在尾流的上层内气泡引起尾流电导率信号降低的作用基本被温度掺混造成的影响抵消,但是气泡的上浮运动会加速尾流上层温度的降低.