外加声场对气固流化床A类颗粒动力学影响的数值研究

在内径0.14 m,高1.6 m的气固流化床中,以空气和FCC颗粒为气相和固相,运用商业模拟软件Fluent 6.2,通过自编C语言程序,将声场模型与Fluent 6.2中的传统模型结合,研究了径向颗粒浓度分布、轴向压力波动均方根(pRMS)和颗粒温度,分析了声场对床内气固流动状态的影响。结果表明:鼓泡床密相区径向颗粒浓度呈抛物线分布,声场的加入增大了轴向颗粒浓度,减小了气泡尺寸;pRMS随声压级的增大而增大,说明气泡形成与破裂频率加快;颗粒温度也随声压级的增大而增大;模拟结果与实验值吻合较好。     

声场流化床颗粒浓度时间序列分析

在内径140 mm,高1 600 mm的声场流化床中,以FCC颗粒为流化介质,采用光导纤维探针测定不同轴/径向位置的颗粒浓度时间序列,通过统计分析、功率谱分析和小波分析揭示外加声场对颗粒浓度的影响。结果表明:声场的引入降低了颗粒最小流化速度,声压越大最小流化速度越小,声波频率在150 Hz时最小流化速度最小。颗粒浓度功率谱呈现宽频且有明显主频的低频信号,声压越大主频的峰值越小,颗粒浓度信号的主频峰值随频率先下降后上升。对颗粒浓度信号进行5尺度离散小波变换,声场流化床中颗粒浓度信号高频部分增加,低频部分减小。     

压力脉动法预测声场流化床最小流化速度

在内径140 mm,高1 600 mm的鼓泡流化床中,采用压力探针研究了声场流化床FCC和石英砂颗粒的流化特性,考察了声压级和频率对颗粒最小流化速度的影响。结果表明:无声场条件下,压力脉动标准方差随表观气速的增大而线性增大,声场的引入可以显著降低颗粒最小流化速度,声压级越大颗粒的最小流化速度越小;固定声压级改变声波频率,发现频率在300 Hz时颗粒最小流化速度最小。对不同声场条件下最小流化速度进行拟合,得到了声场流化床最小流化速度预测关联式。     

流化床射流区域颗粒浓度分布的实验研究

为了掌握操作条件对流化床射流区域颗粒浓度分布的影响,应用光纤颗粒浓度测量系统,对直径为1 m的半圆射流流化床射流区域颗粒浓度分布进行了考察,以聚苯乙烯颗粒为物料研究了不同操作状况(环管气速,射流气速和分布板气速)对流化床射流区域时均颗粒浓度分布的影响,分析了不同操作工况下颗粒浓度分布变化的规律.结果表明:在3种气速共同作用下射流区域颗粒浓度在径向上逐渐增大,在轴向上随着气泡的逐渐增大到崩塌其颗粒时均浓度逐渐降低.由于射流气速增加导致射流深度增加,继而固体颗粒的循环速率增大,射流区颗粒的体积浓度随射流气速的增加先降低后增大.随着分布板气速的增加射流区域时均颗粒浓度增大,环管气速增加其射流区颗粒浓度逐渐降低.     

声场对气固流化床气泡动力学特性的影响

本文在内径为120 mm的半圆柱形有机玻璃流化床中,以平均粒径55 μm的玻璃珠作为实验物料,利用自主开发的光纤探针测定了不同流化气速下的局部气含率、气泡尺寸、频率和上升速度等动力学行为,并在此基础上引入声场,考察了声波对气固流化床气泡动力学特性的影响。结果表明：声波对气泡行为和床层流体力学特性的影响与流化气速相关。声波频率一定时,声压级增大,低流化气速下的气泡分率、气泡频率、气泡平均上升速度和平均弦长减小;而高流化气速下,气泡分率和气泡频率随声压级的增加而增大,气泡平均弦长和平均上升速度随着声压级的增大而减小。声压级一定时,低流化气速下,气泡分率、气泡频率、气泡平均上升速度和平均弦长随声波频率的增加,先减小后增大,在80 Hz左右时达到最小值。而在较高流化气速下,随频率增加,气泡分率和气泡频率先增大后减小,在80 Hz左右时达到最大值;气泡平均上升速度和平均弦长则先减小后增大,在80 Hz左右时达到最小值。     

颗粒在横向紊动射流中运动轨迹的数值模拟

采用RNGk-ε模型与SIMPLEC算法,在不同射流比R与不同射流孔径D的横向紊动射流中,对不同粒径dp的颗粒运动进行了数值模拟。计算结果表明:①流场对射流孔外附近区域的颗粒的作用在以XZ为对称面Y方向上基本是对称分布的,随着|Y/D|的增加,射流引起的吸力作用是先增大后减小;②射流孔径增大,射流孔区域外的颗粒受到吸力作用增大,区域内的颗粒的加速行程变长,轨迹变化明显;③在射流孔区域内,R值越大,射流对颗粒的升力作用越大;④小粒径的颗粒跟随性好,其轨迹能更好地反映流场的变化趋势。     

同心环管圆孔射流流动特性的数值模拟

采用标准的k-ε模型及混合有限分析法对均匀横流条件下三维受限同心环管中单孔和双孔的横向紊动射流流动进行数值模拟.分别得到单圆孔不同流速比下的射流轨迹线与数学表达式、双圆孔不同间距下的速度场.结果显示：射流比越大,射流深度越深,射流越不容易发生弯曲;射流横断面上速度最大值的偏离程度随横流距离的增加而增大,但增大率越来越小;双孔射流孔间距影响射流轨迹线,由于前一个射流的遮挡作用,后面射流更不容易发生弯曲.     

单分散气溶胶的声波团聚实验

针对在声波团聚研究中最佳声波参数与气溶胶粒径分布情况之间的关系尚不明确的问题,提出采用单分散气溶胶作为颗粒源,研究不同粒径的单分散气溶胶对最佳声波团聚参数影响的方法.采用单分散癸二酸二异辛酯(DEHs)气溶胶作为颗粒源,研究在不同声场作用下,不同粒径、不同频率对单分散气溶胶数目浓度的影响.颗粒物数目浓度减少率越大,声波团聚的效果越好.结果表明,在选取的1 000~2 200 Hz频率段,大粒径的2μm颗粒物声波团聚效果好于小粒径的0.2和0.5μm的情况,而2μm颗粒物较优的声波团聚频率略低于0.2和0.5μm的颗粒物.     

水垫塘冲击射流附壁区的水力特性

采用粒子成像测速技术(PIV)获得了水垫塘冲击射流全域瞬时精细流场,并在此基础上,对附壁射流区的流速分布规律和水流紊动特征等水力特性进行了系统研究.结果表明:在附壁射流区,射流横向断面的流速、紊动强度分布呈自相似分布规律,具有自由射流的特征;在射流纵向,流速随着流程增加而线性减小,射流半扩展厚度和紊动强度随流程增加而线性增大;并提出了描述附壁射流区射流横向断面流速、紊动强度分布规律的方程,同时得到了附壁射流区射流纵向上流速、半扩展厚度和紊动强度沿流程变化的计算公式.     

超细颗粒在声波作用下团聚的数值模拟

在内径为0.11 m,高为1.5 m的团聚室中,以空气和燃煤飞灰超细颗粒为气相和固相,运用商业模拟软件FLUENT 14.0,通过自编C语言程序,将声场模型和FLUENT 14.0的传统模型结合,研究了涡片、声频率、声压级和颗粒初始浓度,分析了声波对超细颗粒团聚效率的影响。结果表明:加入涡片和增大飞灰颗粒初始浓度能够明显的增大颗粒的碰撞频率,从而增大颗粒的团聚效率;声频率对超细颗粒团聚效率的影响不是线性的,存在最佳频率为1 400 Hz~(-1) 600 Hz;声压级越大,团聚效果越好,考虑到能耗问题,声压级取140 d B-160 d B。     

不同种类颗粒射流流化床的射流深度

对Geldart B、D类颗粒进行了射流深度计算关联式的研究。对前人的实验数据进行多元线性回归分析,建立了射流流化床中Geldart B、D类颗粒射流深度的计算关联式,关联式计算值与实验值吻合较好。将关联式与其他研究者得到的关联式进行比较,本关联式误差相对较小。     

单腔单阀压电喷流泵

根据压电泵的工作原理开发了一种适用于喷流推进的压电泵.通过分析这种压电泵在一个周期内的工作状态及喷嘴直径对喷射高度的影响,制成了单腔、单阀结构的试验样机,并以水为介质测试了输出性能.实验结果表明:在200 V正弦电压作用下,样机工作频率为45 Hz时流量最大,达425 ml/min;工作频率为75 Hz时输出压力最高,为22 kPa,此时最大喷射高度可达105 cm.压电喷流泵以简单的结构实现了较高的压力输出,证明将其用作喷流推进是可行的.     

冰箱压缩机壳体噪声辐射数值分析

为了降低冰箱压缩机的噪声，并进一步优化壳体的声学特性，利用数值模拟方法，对壳体的振动特性和噪声辐射的影响因素进行了研究.在壳体模态分析的基础上，分析了泵体支撑方式、壳体形状、厚度和阻尼等不同壳体参数对壳体噪声辐射的影响，结果表明，泵体与壳体采用底部支撑方式联接、上壳体采用大的圆角半径、增大壳体壁厚、增大阻尼等均能降低壳体的噪声辐射.运用流固耦合有限元方法，计算了在不同润滑油量下壳体的耦合模态，以及壳体在单点激励下的远场辐射，结果表明，第5阶和第10阶固有频率随着油面高度的增加呈下降趋势；壳体在1 000～2 000 Hz的噪声辐射其峰值随着油面高度的升高逐渐增大，并逐渐向高频移动，实验结果与理论分析相一致.     

悬浮固粒存在于射流区的运动射流稳定性研究

利用相耦合模型,推导出大雷诺数下悬浮固粒存在于射流区的运动射流的稳定性方程,通过数值计算得到了不同运动速度和不同固粒属性的流场稳定性特征曲线,进而得到了关于悬浮固粒的属性及流场运动速度对流场稳定性影响的结论．这些结论对于运动两相射流的发展认识和工程实际中实施对运动两相射流场的人工控制有重要意义．     

交流电场作用下油中水滴喷射现象研究

采用白油和水为实验介质,利用显微高速摄像系统对高压交流电场油中水滴的喷射现象进行了研究。结果表明,液滴破裂喷射与电场强度及频率、油品黏度以及界面张力有关;液滴破裂时的临界锥角只与两相介电常数有关,本文约为38°;随着频率增加、油品黏度增加以及界面张力的降低,子液滴的空间分布角度减小;液滴的喷射时间随液滴直径增大和油品黏度的增加而增加,黏度较低油品中,频率越低液滴喷射时间越长;喷射量随着液滴直径的增加而增加。     

超流氦中喷射流流场的PIV可视化观察

利用粒子成像测速仪(PIV)对射入到超流氦液浴中的喷射流的初始发展阶段进行观察,主要考察了流型和流场分布状况,旨在分析通过喷射流来实现的示踪粒子投放过程的实际效果及其对测量精度的影响情况.超流氦液浴温度为1.8K,示踪粒子为1.7μm直径的复合物粒子,高速相机拍摄的相邻照片间隔时间为3ms.实验中观察到的喷射流具有一抛物线形状的流型,与正常流体中观察到的喷射流具有一定的相似性.速度场分析结果也显示,射流内的速度场分布远不如正常流体中均匀和规律变化,其中存在许多局部的涡旋流.沿着射流方向上速度的波动幅度越来越小,平均速度在行进了约35mm后降至2mm/s量级.     

喷粉过程中气泡型与射流型机制

用水模型模拟研究了浸入喷粉过程中气泡与射流两种机制的主要不同之处。在同类研究中第１个引入水中粒子探测器直接测量射流的几何形状，粒子在液体中的穿透和散布以及气体在射流过程中的卷入等，实验表明，喷吹气／固比是决定喷粉过程两种机制的主要因素。