基于欧拉多流体模型对喷嘴内流和射流破碎的研究

在Open FOAM的框架下,采用多流体模型和大涡模拟方法研究不同背压对喷嘴内流和射流破碎的影响.利用已修正的空化模型考虑了空化现象,利用界面压缩法对两相界面进行捕捉,进而分析燃油的一次破碎过程.结果表明:降低背压有利于喷嘴内部空化的形成与发展,但会导致喷嘴喉部有效流通面积减小,流动阻力增加,质量流量降低.射流破碎中气/液相界面处气/液两相存在很大的速度差,导致产生很强的阻力,大大促进了一次破碎过程中主喷雾区和蘑菇头的破碎.背压越高,空气密度越大,则燃油受到的阻力越大,液柱破碎越剧烈且射流破碎角越大.因此,同时提高喷射压力和背压可以促进燃油与空气的混合,也可以有效抑制空化来避免空蚀现象以及流量系数降低,从而延长喷嘴的使用寿命.     

柴油压力喷射破碎特性试验研究

在压力喷雾试验中,观测到了一些液雾破碎现象：在喷嘴出口处,液射流旋转;液射流的完全破碎并不发生在与喷雾轴线相垂直的径向截面内,而是发生在某一螺旋截面上。据此作者提出了一种液射流破碎的物理模型。试验中还发现了一种新的破碎长测量方法,本文报告了这些试验结果。     

液幕式湿法脱硫中喷嘴竖直射流液体回落特性实验

在液幕式湿法脱硫中,竖直射流回落液量分布情况直接决定脱硫效率.研究了3种型线喷嘴竖直射流液体回落的分布规律和射流高度与喷射压力关系.根据实验数据,推导出了"回落液幕无量纲体积流率公式".实验中发现,不同型线喷嘴的回落液体分布规律差别不大,因为同样射流高度下,推导的公式中参数A、n和R0很接近.拟合出射流高度和喷射压力以及无量纲平均半径和射流高度关联式.通过喷嘴组实验,证明喷嘴组回落液量可视作多个单喷嘴同时射流回落液量简单叠加,且分布均匀性是喷嘴间距和射流高度的函数.     

竖直射流回落液量分布规律的实验研究

在液幕式湿法脱硫中,竖直射流回落液量分布情况直接决定脱硫效率.研究了竖直射流液体回落的分布规律.根据单喷嘴实验数据,推导出了"回落液幕无量纲体积流率公式",此公式各参数有明确的物理意义,可全面描述回落液幕分布特性.通过喷嘴组实验,证明喷嘴组竖直射流回落液量满足多个单喷嘴回落液量简单叠加原理,而且分布均匀性是喷嘴间距和射流高度的函数.     

针形喷嘴射流特性的实验研究

本文针对针形喷嘴的主要结构参数,对射流破碎长度和破碎液滴的尺寸进行了一系列的实验研究,得出了针形喷嘴的主要几何参数与射流破碎长度之间的关系,以及射流破碎后的液滴情况,为针形喷嘴的设计提供了依据。     

喷嘴几何参数对渐缩形喷孔喷嘴流动特性影响研究

利用混合多相流空穴模型,进行了渐缩形喷孔喷嘴内三维气液两相流数值模拟,详细研究了喷孔几何参数对其内部流动特性的影响规律,并与圆柱形喷孔喷嘴进行了对比分析。结果表明,在一定变化范围内,喷孔直径、喷孔轴线与针阀轴线夹角(喷孔倾角)及喷孔入口圆角半径,对渐缩形喷孔喷嘴内的空化效应、喷孔出口平均流速、流量系数及喷孔质量流量的影响呈现出其对圆柱形喷孔喷嘴相似的影响规律;但相同条件下,当喷孔入口直径相同时,渐缩形喷孔喷嘴内的空化效应要弱于圆柱形喷孔喷嘴,喷孔出口平均流速和流量系数要高于圆柱形喷孔喷嘴,喷嘴质量流量要低于圆柱形喷孔喷嘴。     

低压力大流量喷嘴液膜射流破裂长度

对脱硫塔内用低压力大流量喷嘴的液膜破裂长度进行了实验研究，采用影像法考察了速度、喷嘴出口缝隙高度等对液膜长度的影响．结果表明：在无外界强烈扰动情况下，液体流量超过一定值时，其产生的液膜将发生随机性破裂，且液膜外边界变得模糊；通过实验考察了Re数、We数和Oh数对喷嘴液膜射流破裂长度的影响，在此基础上提出了适合脱硫塔中喷嘴的液膜射流破裂长度的关联式．     

基于VOF-DPM模型的离心喷嘴中的燃油流动及雾化特征研究

针对燃油在离心喷嘴中的内部流动及其外部雾化过程,采用VOF-DPM模型对其进行了数值模拟研究。分析了压力对喷嘴出口处空气芯大小和液膜厚度的影响,得到了液膜破碎长度和雾化锥角等雾化特性,应用实验测试结果对数值模拟进行了验证,并与流体体积函数法(VOF)和离散相追踪法(DPM)进行了对比。结果表明：VOF-DPM模型可以真实反映离心喷嘴的内部流动和外部雾化特性,研究发现了与实际雾化过程符合的液膜破碎存在孔洞破碎和边缘破碎两种形式;捕捉到了在液膜表面的波动及气动力共同作用下液膜失稳破碎形成液滴的过程;燃油流动及雾化特性随着压力增加发生变化,喷嘴内空气芯直径增大,出口处液膜厚度减小,液膜的破碎长度下降。     

水煤浆多级喷嘴的雾化和流动特性

研究了一种多级气动喷嘴对水煤浆燃料的喷雾特性的影响，采用实验方法研究了水煤浆性质、喷嘴操作工况和喷嘴几何结构对射流雾化细度的影响，对喷嘴出口附近的两相流场进行了数值计算，并针对相关结果进行了分析。研究结果证明，该喷嘴对水煤浆燃料有很好的雾化性能，并为喷嘴的进一步优化提供参考数据。     

空气雾化喷嘴的设计与实验研究

为提高喷嘴雾化效率,基于维多辛斯曲线理论对喷嘴出口结构进行优化,研制出一种新型渐缩式空气雾化喷嘴,并搭建了喷雾实验平台进行实验。利用图像处理技术对实验数据进行分析,提取不同结构喷嘴的喷雾粒径和雾化锥角分布,通过对比仿真和试验结果分析喷嘴气液夹角对雾化效果的影响。研究表明:喷嘴喷雾实验和仿真结果较吻合,相对误差在6.5%以内;喷嘴气液夹角α=20°时,雾化锥角最大,液滴索特尔平均直径最小,雾化效果最好。     

几种空化喷嘴流场的数值模拟

为研究锥形喷嘴、角形喷嘴等喷嘴的出口流道形状对空化射流空化效果的影响,建立了喷嘴的物理模型和数学模型。采用Fluent软件对锥形、角形、收缩形、收缩-扩张形四种喷嘴的空化射流实验装置中的流场进行了数值模拟,通过对流场的压力、速度和空化情况的分析,认为具有扩散形出口流道的空化喷嘴的空化效果最好。计算结果可以为空化喷嘴的设计提供指导。     

基于VOF方法的弹簧喷嘴雾化数值模拟研究

弹簧喷嘴在除氧器中广泛应用,其雾化质量显著地影响着传热传质速率。采用欧拉VOF方法追踪气液两相交界面的动力学特性,研究喷嘴出口处液膜破裂和液滴的形成过程。结果表明,射流一开始呈连续的液膜,液膜开始破碎位置在垂直位移约20 cm左右,破碎后液滴的粒径和破碎时液膜厚度很接近。液膜在气体剪切力和表面张力的作用下,液膜表面首先产生褶皱,继而产生一些不规则分布的孔洞,然后孔洞的数量和尺寸不断增加,最后导致液膜撕裂,产生小液柱或液滴。     

可压缩气体中的三维黏性液体射流雾化机理

建立了可压缩气体中的三维黏性液体射流雾化数学模型,在射流雾化过程中起控制作用的参数主要有气液速度、气液密度、气液界面表面张力、液体黏性、喷嘴直径及音速.采用线性空间稳定性分析方法详细分析了这些参数在高速射流雾化过程中不稳定性的作用.结果是：增加液体射流速度、气体密度及喷嘴直径;减少液体密度、液体黏性及表面张力,可使射流不稳定性增强.此外,当气流与液体射流反向时增加气体流速也可以使流动不稳定性增强,但当气流与液体射流同向时结果相反.气体可压缩性的增加使流动变得不稳定,但它的影响是很小的.     

超临界环境下的雾化过程中表面张力变化对射流稳定性的影响

通过考虑由于气液界面上存在传热过程而导致的表面张力随空间分布的变化规律,并将此影响耦合加入线性稳定性理论中,研究燃油射流在进入跨临界环境后的稳定性及破碎行为.结果表明,随温度的增加,表面张力减小的梯度逐渐增大,并非线性分布;当气液界面温度接近临界点时,表面张力快速衰减为零;考虑传热效应和表面张力变化时,最不稳定波的增长率随波的发展是变化的.分析结果将有助于理解跨临界环境下射流破碎的机理,进一步扩展现有雾化模型在实际工况下的适用性.     

Y型喷嘴内部气液两相流动及液膜雾化的数学模型

根据前人实验观察结果所得的流动结构,从气液两相各的质量,动量、能量平衡及其相互作用方程的构造入手,包括混合孔内油流端部界上的正应力传递,两相平行界面上的剪应力作功传热等,建立了Ｙ型喷嘴内部流动过程的数学模型,进而,依据不稳定表面波理论及空气动力破碎理论,分别对Ｙ型喷嘴出口油膜的初级破碎及二次雾化过程作了进一步的模化,建立了一套较为完整的Ｙ型喷嘴性能预测及设计优化的数学方法,经检验,实际使用效果良好     

低排放燃烧室空气雾化喷嘴射流破碎特性研究

针对当前广泛应用于低排放燃气轮机燃烧室中的空气雾化喷嘴,采用大涡模拟（Large Eddy Simulation,LES）和流体体积法（Volume of Fluid,VOF）研究了其在流动模糊（Flow Blurring,FB）和流动聚焦（Flow Focusing,FF）模式下射流一次破碎过程的差异。结果表明：两种模式的射流一次破碎过程均可分为3个阶段,气液交界面波动阶段、射流发展阶段和射流破碎阶段;喷嘴内部回流区的演变决定了气液交界面的波动程度,流动模糊模式下射流在后两个阶段的径向速度和形态变化程度均远高于流动聚焦模式,气泡回流过程在其射流破碎阶段占据主导地位,液体管道内气泡分布位置与涡的强度呈正相关。     

射流参数对加热条件下液膜射流破碎不稳定性的影响(2)--射流参数对液膜对称模式破碎的影响

利用对具有温度梯度的粘性液膜射流模型进行的不稳定性计算结果，研究了实际射流参数（射流速度）气体密度，液体粘性，液膜厚度，温度梯度，液体种类等）对对称模式扰动作用下液膜射流大，小尺度破碎模式破碎特征的影响规律，并探讨了决定液膜射流破碎尺度的实际因素。     

双喷嘴斜击式水轮机内流场分析

为在转轮直径变化不大的基础上提高斜击式水轮机的出力与比转速,在设计时常采取增加喷嘴数,改变机组布置形式.但喷嘴数的增加易引起斗叶内部流动和射流之间的相互干涉,影响机组效率.利用CFD技术对双喷嘴斜击式水轮机进行流场分析,通过不同斗叶接受喷嘴出口射流的流动计算及结果分析,优化得出转轮斗叶数为20个时双喷嘴斜击式水轮机的最佳斗叶木模型线,并得到斗叶接受射流全过程的速度、压力分布、水流迹线及两个喷嘴同时作用时转轮内部流动的干涉情况.可为斜击式水轮机的推广应用、电站运行提供参考依据.     

高压水扇形喷嘴结构参数对内部流场影响的数值模拟

利用计算流体软件建立了扇形喷嘴内部流场的三维数学模型,采用标准k-ε湍流模型对其进行了数值模拟,分析了喷嘴主要结构参数对流场速度分布、压力分布和射流速度的影响。结果表明:收缩角对喷嘴内部流场,尤其是射流速度有较大的影响,以13°～15°为最佳;出口长径比对射流流态和射流速度均有一定的影响,宜在2～4之间更有利于喷嘴的射流;V形切槽的夹角对射流出口速度的影响较明显,在15°～30°时有较好的集束性,但射流速度不高,30°～45°有较好的射流速度,45°～60°可获得高的射流速度,但集束性较差。     

液体射流泵喷嘴长径比的数值分析

液体射流泵的工作喷嘴一般采用锥直形喷嘴,锥直形喷嘴出口直段的长度与喷嘴出口直径之比即喷嘴长径比,是射流泵的重要几何参数。为了研究喷嘴长径比对液体射流泵性能的影响,采用Realizableκ-ε模型对不同长径比的射流泵内部流动进行三维数值模拟。结果表明,在射流泵的流量比小于0.5时,不同喷嘴长径比所对应的射流泵效率曲线差别不大;在流量比大于0.5时,以射流泵效率为判据,喷嘴长径比范围为0.250～1.000的射流泵性能较好;不同喷嘴长径比对应的射流泵壁面剪切应力相差不大。从湍流耗散率、喷嘴出口断面收缩、核心区长度等方面考虑,喷嘴长径比范围为0.250～1.000的射流泵性能较好。