生物油雾化特性的数值研究

基于两相界面追踪方法 VOF(volume of fluid)研究生物油在离心式喷嘴内的雾化特性,考察喷射流量对流量系数、雾化锥角和液膜厚度的影响,并与生物油/甲醇混合燃料的雾化特性进行对比。结果表明:喷射流量对雾化锥角及液膜厚度有较大影响,对流量系数影响较小。喷射流量从0.03 kg/s增至0.12 kg/s,流量系数增大3.4%,雾化锥角增大30.6%,而液膜厚度减小22.3%;雾化锥角随甲醇含量的增大呈线性递增,而液膜厚度随甲醇含量的增大呈线性递减;利用数值结果拟合得到生物油液膜厚度的经验公式,拟合值和数值计算值吻合较好。     

小流量旋流喷嘴喷雾性能影响因素的试验研究

在超高压燃油喷雾试验台上测试分析了不同环境背压及喷射流量对适用于斯特林发动机的小流量压力旋流喷嘴燃料喷射性能的影响。结果表明:喷嘴的喷雾形态受燃烧室背压的影响最明显,背压升高,喷雾锥角减小;喷射流量的影响受背压的限制,中高背压下,流量增大到一定程度后锥角开始变小,流量继续增大,雾化效果变差。喷嘴设计流量的影响为:增大设计流量,相同工况下的喷雾锥角有增大的趋势,但有效雾化的最小临界流量值变大;设计锥角的影响和设计流量类似:较大喷射流量工况下,大设计锥角喷嘴对高背压的适应性较好。研究认为:小流量工况只能采用小设计流量的喷嘴,且对高背压的适应性较差;在大流量工况下,设计流量和设计锥角均较大的喷嘴对高背压工况具有更好的适应性。     

管道中旋流喷嘴雾化流场的速度分布特性

离心式旋流雾化喷嘴内流场的速度分布决定了喷嘴的雾化性能。利用VOF两相流模型和RNG k-ε湍流模型对管道中减温水通过旋流喷嘴雾化并与过热蒸汽混合的整个流动过程进行了三维数值模拟,获得了喷嘴雾化场的流动过程,着重分析了内外流场的速度分布特性。研究表明:流体通过离心式旋流喷嘴的切向孔后变成旋转流体,从喷嘴出口螺旋喷出后,迅速由液柱变为沿一定的锥角扩散的液膜,液膜逐渐雾化为液滴;在喷嘴内部的旋转流体,其合速度与切向速度沿径向,都是先增加后减小;随着流通截面发生改变,其速度的变化主要发生在轴向分量上,切向速度的变化比较小;流体从旋流喷嘴喷出雾化,会在喷嘴出口中心轴线附近形成回流区;当管道中的流体具有一定的流速时,还会在喷嘴前壁边缘附近形成回流区。     

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。     

背压环境下压力喷嘴雾化特性实验研究

自主设计一套能够为喷嘴提供稳定背压环境的实验台架和数据采集测量系统,并对某型号压力喷嘴进行背压环境下的雾化特性实验研究。本研究运用微小流量计测量喷嘴流量,经计算得到实验喷嘴的流量系数。雾化锥角随背压的增加而减小,最终趋于稳定值。粒径变化规律为:在距离喷口较近处,相同压差条件下雾化粒径随背压的增大而减小(约20%);距离喷嘴较远时,背压越大雾化粒径越大,增幅为10%~20%。在背压低于0.3 MPa时,同一高度处不同压差下雾化粒径大小差别明显;在背压达到0.4 MPa时,实验压差对雾化粒径无显著影响,粒径大小变化小于5%。     

真空闪蒸对R718旋流喷雾影响研究

为研究真空状态下闪蒸对于旋流喷雾的雾化角、轴向速度和液滴粒径的影响,搭建真空闪蒸试验台,采用高速摄影、相位多普勒粒子分析仪(PDPA)等进行流场测试。结果表明:当控制旋流喷嘴两端压差为常见值时(0.5～0.7 MPa),通过降低喷嘴出口背压或升高液相温度引起闪蒸,雾化角显著增加,增幅超过20。;闪蒸使喷雾轴向速度由3.06 m/s增加至6.79 m/s;闪蒸工况下雾化角与出口背压和液相温度均呈二次方关系,而在一定范围内轴向速度与液相温度呈线性关系,闪蒸对液滴粒径影响不大。     

短焰型旋流喷嘴内流场数值模拟

为缩短喷嘴火焰长度,提高燃料燃烧效率,节约后勤部门能源消耗,设计了一种在旋流锥顶部开有不同尺寸内凹圆槽的短焰型旋流雾化喷嘴.建立喷嘴内流场的物理模型和数学模型,选择RNG k-ε湍流模型和VOF多相流模型进行数值模拟.模拟结果表明,内凹圆槽尺寸的变化影响了液膜的厚度,产生了不同的中空旋流雾化效果,为短焰型喷嘴的设计提供...     

在小型燃烧室内压力雾化旋流燃烧过程的数值模拟

利用概率密度函数模型(PDF),针对不同供油压力和喷雾锥角下压力旋流雾化喷嘴出口下游液滴群在小型燃烧室内的燃烧过程进行数值模拟研究。研究表明:随着喷雾锥角的增加,火焰张角有所增大,火焰中心及火焰区域外的燃烧室空间温度逐渐上升。燃烧室单侧出口导致了火焰偏斜,且随喷雾锥角增加而越发明显,适当增加喷嘴供油压力可改善远出口端的温度分布。本文研究的压力雾化喷嘴,在小型燃烧室内喷雾锥角=60～80°、供油压力=0.9 MPa～1.2 MPa时可以取得较好的燃烧效果。     

液包式雾化喷嘴出口锥角优化实验研究

液包式雾化喷嘴是一种新型脱硫雾化喷嘴,其出口锥角直接影响其雾化性能。采用图3所示实验台架,选用喷嘴出口锥角开展实验,并利用Winner318型激光粒径分析仪,进行了雾化特性试验。结果表明,内锥角的变化对雾化角的影响明显,而外锥角的变化对雾化角基本无影响;内、外锥角的改变对平均雾化粒径基本无影响,喷嘴的雾化角和平均雾化粒径随着气液压力比的增大而减小,当气液压力比达到1.5后,气液压力比的影响作用降低。     

竖壁降膜波动特性数值模拟研究

建立了竖直壁面降膜流动的二维几何模型,运用VOF方法对雷诺数200～1 000的降膜的波动特性进行了数值模拟。研究了液膜的波动特征、液膜流动方向的速度变化以及液体雷诺数对液膜波动的影响规律。结果表明:根据液膜的形态可以将流动区域分为入口区、发展区和稳定区三部分。入口区的液膜相对比较平滑,发展区的液膜表现为频率较高的小幅波动,稳定区的液膜波动幅度增加而频率减小;入口区的最大流速大于初始流速,发展区的最大流速在初始流速上下波动,而稳定区流速小于初始流速;随着液体雷诺数的增加,液膜厚度增加而波幅降低。     

压力涡流喷油器喷嘴结构因素对喷雾特性的影响

采用MIXTURE双相流数值模拟的方法研究压力涡流喷嘴结构因素对形成中空锥喷雾的影响。喷孔直径由0．5mm增大到1mm时，喷雾贯穿距离减少约60％，空心锥角增大7．5倍；喷孔长度由0．6mm增大到1mm时，喷雾贯穿距离增大约1．4倍，空心锥角减少约40％；有轴针时，空心锥角增加约4倍；改变轴针形状，将轴针头部加工成锥形，空心锥角增加约30％。喷孔内、外有无圆角对喷雾空心锥角大小的影响幅度在30％-40％。研究结果表明：喷孔长径比、喷孔入口处喷孔形状与轴针形状的配合和喷孔出口端形状是影响压力涡流喷嘴空心锥特性的重要因素。     

螺旋形实心锥喷嘴雾化特性试验研究

为了对氨法脱硫用螺旋形实心锥喷嘴的雾化特性进行准确预测,基于高速阴影技术和图像处理方法,对两种不同螺旋升角的螺旋形实心锥喷嘴的流量特性、喷雾场结构特征、雾化角变化规律、破碎长度、液滴空间分布及平均粒径进行分析。结合脱硫常用的空心锥离心式喷嘴,开展了两种喷嘴的稳定性对比分析。结果表明:螺旋形实心锥喷嘴的流量特性与螺旋升角无关,其喷雾场呈螺旋状同心锥面分布,雾化后液滴也呈螺旋形多层次分布,即实心锥分布;螺旋形实心锥喷嘴雾化角在喷注压降大于0.05 MPa时与螺旋形升角有关,与流量和喷注压降无关;考虑螺旋面升角对液滴平均粒径的影响,得到了新的索太尔平均直径(SMD)经验关系式,预测结果与试验结果趋势一致,且螺旋升角越大,液滴平均粒径越小;螺旋形实心锥喷嘴在喷注压降小于0.05 MPa时也能保证稳定雾化,而空心锥离心式喷嘴会出现约为9 Hz的自激振荡现象,喷雾场呈"宝塔形",且具有明显的Klystron效应。     

直喷式柴油机燃油撞壁特性及混合气形成研究

应用STAR-CD软件对燃油撞壁进行三维数值模拟,重点研究入射角度、环境压力和涡流比对撞壁特性和混合气形成的影响.结果表明,撞壁后燃油的二次雾化对燃油蒸发具有重要作用.随着壁面入射角度的增大,壁面油膜扩展面积增大,油膜从长叶形向扇形变化.随着环境压力的增高,燃油分布范围明显减小,但燃油堆积量和浓混合气的面积都会进一步减小,形成相对稀薄的混合气.涡流对燃油的影响主要发生在撞壁之后,随着涡流比的增大,形成大范围的稀混合气.涡流比过高,相邻油束的混合气将会发生干涉,造成燃烧质量下降.     

逆向气流条件下半椭圆管外水平降膜厚度分布研究

为研究半椭圆管水平降膜厚度的分布规律,搭建逆向气流条件下水平降膜实验平台,并结合数字图像处理技术,研究逆流风速(0～5 m/s)和喷淋流量(0.025～0.221 L/min)对液膜厚度的影响。研究表明:逆向气流会对管外水膜产生影响,并存在临界速度;当逆流风速低于临界速度,液膜厚度沿圆周方向先减小后增大,与无空气流动时相似;当逆流风速超过临界速度时,液膜分布严重不均甚至被吹飞;随着逆流风速增大,平均液膜厚度先增大后减小;随着喷淋流量增大,平均液膜厚度持续增大;当喷淋流量减小、逆流风速增大时,平均液膜厚度减小。     

喷淋脱硫塔喷嘴外流动数值模拟与实验研究

建立了一个喷淋脱硫塔喷嘴数值模型,研究了影响喷淋脱硫塔内气液传质的喷淋液流量与液膜平均破裂长度、喷嘴初始喷射角、液滴平均粒径的关系。设计了专门的测试平台和单匝螺旋喷嘴,采用快速CCD和数码照相机拍照对液膜和液滴运动进行了测试和分析。模型计算和实验结果均表明:液膜平均破裂长度随喷淋液流量加大而减小;液滴平均粒径减小随喷淋液流量加大而减小;在喷嘴出口缝隙高度等于4.25 mm时,随流量的增大,喷嘴的喷射角随流量的增大反而变小,大于4.25 mm后,在同一喷嘴缝隙高度下,喷射角随喷嘴流量的增加而增加。     

柴油丙烷混合燃料的喷雾特性的试验研究

利用高速摄像和纹影成像系统研究了柴油溶解丙烷混合燃料喷雾特性。研究了不同比例柴油/丙烷混合燃料的喷雾发展过程,归纳出柴油溶解不同比例丙烷在不同环境背压下喷雾的喷射距离、破碎长度、喷雾锥角随时间的发展规律。研究结果表明:柴油溶解不同比例丙烷混合燃料与纯柴油的喷雾特性在形态上存在较明显的差别,但是在喷射距离、破碎长度和喷雾锥角与时间及背压的关系上规律相同,即喷射距离与时间呈指数关系,破碎长度与时间呈负指数关系。喷雾锥角随背压及柴油中溶解的丙烷含量的增加而增大。     

柴油机喷油器结构参数与磨料流加工效果关联的研究

基于磨蚀模型和多相流离散相模型建立了柴油机喷油器磨料流加工过程的CFD计算模型。在验证基础模型的有效性后,分别针对喷孔直径、喷孔锥角和交点位置三种结构参数进行变参数模拟计算。通过对加工域颗粒流速、湍流强度和磨蚀率的分析,获得了喷油器主要结构参数对液力研磨加工的影响机理:喷孔直径和喷雾锥度的变化对喷孔壁面磨蚀量的影响较大,随着两者的增大,喷孔壁面的磨蚀量有所增加;交点位置由上至下的变化对喷孔壁面磨蚀量的影响较小,但是喷孔入口处磨蚀量有所增加。