Generation,validation and application of dynamic load profiles in flow measurement using cavitating Herschel–Venturi nozzles

Today, utility meters for water are tested for measurement behavior at stable operating conditions at specified flow rates as part of the approval process. The measurement error that occurs during start and stop or when changing between flow rates may not be taken into account. In addition, there are new technologies whose measuring behavior under real-world conditions is only known to a limited extend. To take these facts into account, a new method has been developed and tested to determine the measurement behavior of water meters under dynamic load profiles as they occur in the real application. For this purpose, a test rig for flow rate measurement was extended by a cavitation nozzle apparatus and the generation of dynamic load profiles was validated. For the cavitation nozzles used, possible factors influencing the flow rate, such as temperature and purity of the water as well as the upstream pressure were investigated. Using different types of domestic water meters, the applicability of the dynamic test procedure was demonstrated and the measurement behavior of the meters was characterised.     

基于Fluent的高压水射流喷嘴优化模拟研究

为了提高高压水射流技术的破煤效率,采用Fluent软件对高压水射流的喷嘴结构和几何参数进行了优化模拟。通过分析水射流的轴向速度和壁面静压分布,选择了最佳的喷嘴结构和几何参数。结果表明:圆柱形喷嘴的最大射流速度发生在喷嘴内部,而锥形和锥直形喷嘴的最大射流速度发生在喷嘴外部,且锥形和锥直形喷嘴的最大射流速度和最大压力均明显大于圆柱形喷嘴,考虑到水射流的附壁效应,锥形喷嘴为最佳选择。锥形喷嘴的最优几何参数为:喷嘴出口直径3 mm,喷嘴锥角7°,喷嘴长度9 mm。高压水射流喷嘴的优化对提高煤层瓦斯抽采效率具有重要意义。     

铝碳质长水口用低铝抗氧化涂层的研制

为抑制铝碳质长水口使用过程中石墨的氧化，其表面会涂覆含 20%~30%Al₂O₃的抗氧化涂层，但切割丝钢等特种钢冶炼过程必须严格控制钢液中夹杂的 Al₂O₃的含量，因此需要制备低氧化铝含量的抗氧化涂层。本文通过调节涂料组成、加水量和水玻璃加入量制备了低铝抗氧化涂层，并利用扫描电镜分析了抗氧化实验后试样断口的显微结构。结果表明：以粘土粉、钾长石粉和硅砂为主要原料，添加 10%硼砂的涂料可在 800 ℃形成良好的釉层，此时涂料中 A12O3的含量可降至 12%，得到了低铝涂料；当加入占涂料质量 80%的水和 40%的水玻璃时，涂层具有最佳的涂覆性能和抗氧化性能，涂层和长水口基体结合致密，保护了长水口中的石墨不被氧化。     

上水口环形吹氩对中间包内渣眼形成的影响

 中间包上水口环形吹氩可以在塞棒周围形成清洗钢液的环形气幕，同时部分氩气泡随钢液进入上水口内，可以减少非金属夹杂物在水口内壁的黏附，起到防止水口堵塞的作用。然而，不合理的吹氩量会导致中间包内液面渣层受过强的气液羽流冲击而形成渣眼，使得钢液裸露并发生二次氧化，严重影响铸坯质量。采用标准 k ε 湍流模型研究中间包内流体流动，采用DPM模型和VOF模型耦合方法，研究上水口环形吹氩条件下渣眼的形成及演化规律。结果表明，上水口环形吹氩在塞棒周围形成较强的上升流，塞棒上部邻近区域存在多个涡流区；在钢液涡流的影响下，中间包液渣下层远离塞棒区域，上层向塞棒区域迁移；随着吹氩量的增大，平均湍动能增大，塞棒附近钢液速度逐渐增大，钢渣界面钢液速度先增大后减小，渣眼边缘钢液速度先增大后减小然后再增大，速度与垂直方向夹角逐渐减小；增大吹氩量，中间包熔池液面形成以塞棒为中心的渣眼，渣眼面积逐渐增大。试验条件下不产生渣眼的临界吹氩量为4.2 L/min，对应的钢渣界面最大速度为0.247 m/s，与垂直方向夹角为70°。     

Cold model on bubble growth and detachment in bottom blowing process

The bubble growth and detachment behavior in the bottom blowing process were investigated. Four multi-hole nozzle configurations with different opening ratios were assessed experimentally using high-speed photography and digital image processing. For these configurations, the experiments reveal that the bubble growth consists of a petal-like stage, an expansion stage and a detachment stage. The petal-like shape is qualitatively described through the captured images, while the non-spherical bubbles are analyzed by the aspect ratio. The bubble size at the detachment is quantified by the maximum caliper distance and the bubble equivalent diameter. Considering the dependence on the opening ratio, different prediction models for the ratio of maximum caliper distance to hydraulic diameter of the nozzle outlet and the dimensionless bubble diameter are established. The comparative analysis results show that the proposed prediction model can accurately predict the bubble detachment size under the condition of multi-hole nozzles.     

海水淡化用空心锥喷嘴喷淋性能理论及实验研究

设计开发一种具有高通量、低流阻特征的空心锥喷嘴,并通过理论与实验方法研究空心锥喷嘴的喷淋性能,基于准自由涡理论建立空心锥喷嘴内部流体流动的数学模型,阐明流量系数、喷淋锥角、喷嘴流量与喷嘴结构参数之间的定量关系,并利用多效蒸馏海水淡化喷淋实验台对理论计算结果进行实验测试和验证。研究结果表明:正常工作状态下喷嘴流量系数、喷淋锥角、喷淋流量等参数理论值与测量值之间的误差小于5%,验证了设计模型的准确性。同时根据实验测试数据,拟合得到该类型空心锥喷嘴喷淋锥角与雷诺数之间的经验公式,可为蒸馏海水淡化用大流量空心锥喷嘴的结构设计、工艺选型提供理论指导和数据支持。     

超生雾化降尘研究及应用

为解决某矿破碎筛分车间粉尘污染问题，采用喷嘴雾化理论设计喷嘴雾化降尘实验，并根据实验结果在该矿破碎筛分车间应用了超声雾化降尘技术。实验及应用结果表明：超声雾化发生器的液体雾化装置，气体辅助雾化装置和雾束形成器的几何结构影响喷雾的雾化参数与流量特性，液体雾化器与气体辅助雾化装置影响液体初次破碎与雾化，雾束形成器影响雾滴的二次破碎与约束液束形态；超声雾化发生器的气液比与气液压力比存在幂函数关系，幂指数为-1.09；雾滴粒径越小，雾滴的降尘效率越高，当雾滴D50为23 μm时，雾滴的降尘效率在94%以上；在破碎筛分车间振动筛给料皮带和筛上皮带受料点布置超声雾化发生器，超声雾化发生器开启后，车间内粉尘浓度降低至586～10.54 mg/m3，降尘效率在71.38%以上。     

大涡模拟Smagorinsky模型用于磨粒流精密加工喷嘴的质量控制研究

为研究固液两相磨粒流加工喷嘴小孔过程中的流场分布、涡旋形成规律及涡旋的存在对磨粒流加工的影响机制，采用Smagorinsky亚格子模型对磨粒流加工喷嘴小孔的流道进行大涡数值模拟，并使用磨粒流对变直径喷嘴工件进行加工试验。数值模拟发现磨粒流流体中磨粒与壁面的碰撞与剪切作用随流体的速度增大而增大，同一截面的速度存在速度差，其中还伴随涡旋的存在；通过试验研究发现：经固液两相磨粒流加工后的喷嘴小孔表面质量得到明显提高，喷嘴经过四次不同入口速度的磨粒流加工后大孔处表面粗糙度Ra由1.24 μm降至0.542 μm，小孔处表面粗糙度Ra由1.21 μm降至0.437 μm。结论显示固液两相磨粒流加工技术可有效提高被加工喷嘴工件的内表面质量，加工时同一截面的速度存在速度差，速度差的存在利于涡旋的形成，涡旋的存在利于提高磨粒流加工过程的剪切作用，有助于获得高质量的喷嘴小孔内通道表面。     

不同水针口径下的水辅助注射成型数值模拟

使用流体力学软件，对使用溢流法的三维120 °~150 °弯曲圆管件进行了水辅助注射成型可视化研究。分别改变水针口径尺寸、注水延迟时间、注水压力与熔体温度，分析其对制件内部水穿透行为的影响。结果表明，水针口直径为7 mm时，能显著增加制件的内部穿透长度并得到残余壁厚更薄的制件；受水针结构影响，注水延迟时间为1 s、注水压力为8 MPa、熔体温度为250 ℃时，水穿透长度最优能增长400 %，壁厚减少20 %；在注水延迟时间为1 s、注水压力为10 MPa、熔体温度为230 ℃时，穿透长度最大达到298 mm；注水延迟时间为1 s、注水压力为8 MPa、熔体温度为250 ℃时，比熔体温度为210 ℃和230 ℃的实验组受水针影响严重；缩短注水延迟时间、增加注水压力、升高熔体温度都能有效增大制件的中空率，成型出更薄的管件，但是水针对水辅助注射成型的影响不容忽视，其微小变化能极大地改变成型制件的内部型腔，有效提高水穿透行为的效率。