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循环射流混合槽内瞬态压力波动非线性标度特性

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过程工程学报 2012年第5期12卷 728-734页

作者：禹言芳吴剑华孟辉波沈阳化工大学能源与动力工程学院辽宁省高效化工混合技术重点实验室

在湍流状态下(Re=3660～32940)利用动态数据采集系统对新型循环射流混合槽射流混合区内不同轴向、径向和周向位置的瞬态脉动压力进行测量,研究了压力波动的湍动能量及其时间结构函数的扩展自相似标度律.基于压力波动信号的递归率和能量... 详细信息

在湍流状态下(Re=3660～32940)利用动态数据采集系统对新型循环射流混合槽射流混合区内不同轴向、径向和周向位置的瞬态脉动压力进行测量,研究了压力波动的湍动能量及其时间结构函数的扩展自相似标度律.基于压力波动信号的递归率和能量分布特点,确定瞬态压力波动分析的初始优化参数.结果表明,数据长度n≥80000时,时间序列的波动能量趋于稳定且相对变化率低于0.3%,其对数值与雷诺数存在线性关系;瞬态压力波动的q阶与3阶时间结构函数的双对数存在线性关系,同时波动信号的q阶时间结构函数的标度指数ξ(q)小于同阶时间结构函数相对标度指数ξ(q,3),相对标度指数ξ(1,3)和ξ(5,3)[或ξ(2,3)和ξ(4,3)]关于ξ(3,3)对称分布,q≥4时相对标度指数ξ(q,3)随极角θ增加而增大;q<3的相对标度指数ξ(p,3)随r/R和θm的变化与q≥4时的相对标度指数分布相反.

关键词：射流混合器瞬态压力波动信号标度指数

Lightnin静态混合器内气液两相混合与传质强化特性

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化工进展 2023年第12期42卷 6180-6190页

作者：禹言芳李毓孟辉波刘桓辰沈阳化工大学机械与动力工程学院辽宁沈阳110142 中国石油大学(华东)新能源学院山东青岛266580

采用计算流体力学(CFD)耦合群体平衡模型(PBM)研究Lightnin静态混合器(LSM)内气泡分散特性,使用不同的破碎核和聚并核函数系统研究雷诺数(Re)、气相体积分数(α_(d))和元件数量对气泡分散行为以及混合效率的影响,采用气液界面积和体积... 详细信息

采用计算流体力学(CFD)耦合群体平衡模型(PBM)研究Lightnin静态混合器(LSM)内气泡分散特性,使用不同的破碎核和聚并核函数系统研究雷诺数(Re)、气相体积分数(α_(d))和元件数量对气泡分散行为以及混合效率的影响,采用气液界面积和体积传质系数(k_(L)a)量化LSM和Kenics静态混合器(KSM)内气泡破碎性能以及传质速率,基于变异系数(CoV)和流体微元拉伸率分析LSM和KSM的分布混合性能和分散混合性能。结果表明:Luo聚并模型和Prince模型高估了LSM内气泡的聚并效率,通过Luo-Turbulent模型计算的气泡尺寸与实验数值具有很好的一致性;随着Re和α_(d)的增大,LSM内气泡的分散行为被进一步强化,在高Re的条件下增大元件数量可以显著提高气液传质效率;CoV曲线表明,LSM具有比KSM更好的分布混合性能,3个LSM元件可以保证混合程度大于95%。LSM的分散混合效率是KSM的1.06~1.16倍;基于压力波动信号时间序列,确定了LSM中流型从过渡区向非均匀区转变的临界表观速度。

关键词：静态混合器气液两相流种群平衡公式计算流体力学混合

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循环射流混合槽内压力脉动时间序列多尺度分析

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机械工程学报 2016年第18期52卷 168-176页

作者：禹言芳赵耀孟辉波吴剑华沈阳化工大学能源与动力工程学院沈阳110142 沈阳化工大学辽宁省高效化工混合技术重点实验室沈阳110142

为探讨循环射流混合槽（Circulating jet tank,CJT）内瞬态压力脉动的复杂性特性,采用动态数据采集系统对射流混合区内不同轴向、径向和周向位置的压力脉动信号（Pressure fluctuation signal,PFS）进行测量。根据PFS的标准差、峰度和... 详细信息

为探讨循环射流混合槽（Circulating jet tank,CJT）内瞬态压力脉动的复杂性特性,采用动态数据采集系统对射流混合区内不同轴向、径向和周向位置的压力脉动信号（Pressure fluctuation signal,PFS）进行测量。根据PFS的标准差、峰度和偏度分布,优化PFS序列最佳样本数i=110 000。基于有限统计复杂性,比较综合法、动态法和静态法等三种时间序列符号化方法,得出综合法比动态法和静态法的适应性强,并确定最佳小波分解尺度。对CJT内各尺度的PFS进行有限统计复杂性和复杂度分析,发现CJT内PFS的两种复杂性分布趋势相似。通过对PFS多尺度分析发现：随着分解尺度的增加,复杂度先急剧衰减后趋于平稳,表明CJT内PFS随机性减弱周期性增强;PFS分解得到0～0.98 Hz低频A10尺度概貌信号的复杂度趋于0,揭示CJT内动力系统为整体稳定、局部不稳定的多尺度结构。

关键词：循环射流混合槽压力波动多尺度有限统计复杂性

SK型静态混合器壁压脉动信号的多尺度多分形特性

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化工学报 2009年第8期60卷 1965-1973页

作者：吴剑华孟辉波禹言芳龚斌沈阳化工学院机械工程学院高效化工混合技术省级重点实验室辽宁沈阳110142

为了探讨静态混合器内非线性、非均匀性和混沌特性机理,利用高速数据采集系统对SK型静态混合器管壁处脉动压力进行测量。结合小波变换模极大值理论,对采集的不同进口流量下壁压波动时间序列用Daubechies二阶小波提取1～7尺度下的特征信... 详细信息

为了探讨静态混合器内非线性、非均匀性和混沌特性机理,利用高速数据采集系统对SK型静态混合器管壁处脉动压力进行测量。结合小波变换模极大值理论,对采集的不同进口流量下壁压波动时间序列用Daubechies二阶小波提取1～7尺度下的特征信号,并分别对提取的信号进行R/S分析。通过对压力波动信号不同尺度下的细节信号与概貌信号研究,发现在不同尺度下其表现出不同的分形结构,且随着进口流量的增大,分形结构的变化趋势基本一致。此外,该系统不仅存在确定性非周期成分,而且不同尺度的旋涡之间的能量交换导致混沌的产生。各尺度信号的能量分布表明,压力波动信号主要体现了宏观尺度的旋涡级串的相互作用。

关键词：静态混合器壁压波动 R/S分析多尺度多分形

竖直上升螺旋流内瞬态压力波动信号混沌吸引子形态特性

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过程工程学报 2012年第5期12卷 735-741页

作者：禹言芳熊强孟辉波王伟吴剑华沈阳化工大学能源与动力工程学院辽宁省高效化工混合技术重点实验室辽宁沈阳110142

为了探讨湍流状态下(雷诺数Re=1756～3512)旋流静态混合器内混沌拓扑结构演化规律,对采集的360组竖直上升螺旋流瞬态压力波动时间序列进行相空间重构,通过在其混沌吸引子域中放置参考截面,考察旋流静态混合器内瞬态流混沌吸引子形态特... 详细信息

为了探讨湍流状态下(雷诺数Re=1756～3512)旋流静态混合器内混沌拓扑结构演化规律,对采集的360组竖直上升螺旋流瞬态压力波动时间序列进行相空间重构,通过在其混沌吸引子域中放置参考截面,考察旋流静态混合器内瞬态流混沌吸引子形态特征量与雷诺数、轴向位置和径向位置之间的关系.结果表明,轴截面内径向二次流为不同尺度强制涡和自由涡组合的兰金涡,在rm/R≤0.3和rm/R>0.8(rm为测量点到截面中心距离,R为混合管半径)处混沌吸引子特征量随Re增大而减小,而0.4≤rm/R≤0.8处主体区内压力波动信号混沌吸引子特征量随Re增大呈先增大后减小再变大的趋势.瞬态压力波动信号混沌吸引子形态特征量对漩涡结构演化敏感,有助于理解竖直上升螺旋流的非线性混沌动力学机制.

关键词：静态混合器压力波动混沌吸引子形态

旋流静态混合器内瞬态压力的混沌动力结构突变特性

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过程工程学报 2013年第3期13卷 368-373页

作者：禹言芳熊强孟辉波王丰吴剑华沈阳化工大学能源与动力工程学院辽宁省高效化工混合技术重点实验室辽宁沈阳110142

为更好地揭示旋流静态混合器内竖直上升螺旋流中混沌动力结构突变规律,在湍流状态下(Re=1756～3512),基于动力指数分割算法,分析了混合器内不同区域的压力脉动时间序列在结构突变点左右两部分的动力学结构指数分布,研究了流量变化对压... 详细信息

为更好地揭示旋流静态混合器内竖直上升螺旋流中混沌动力结构突变规律,在湍流状态下(Re=1756～3512),基于动力指数分割算法,分析了混合器内不同区域的压力脉动时间序列在结构突变点左右两部分的动力学结构指数分布,研究了流量变化对压力波动时间序列的混沌动力学结构指数的影响,并利用动力学指数的最大统计值Tmax定量表征旋流静态混合器内复杂流动的混沌突变特性.结果表明,当Re≤2107时,静态混合器压力波动信号的平均突变统计指数随Re增加而增大;当Re≥2458时,管壁尺寸对流体湍动约束增强使流体动力结构差异趋于稳定.径向二次流使漩涡中心处的动力结构差异复杂程度是壁面处的2～3倍;轴向切割分流作用产生的动力结构是移位混合作用的8～10倍.瞬态压力波动信号的动力学指数模型能较好地挖掘旋流静态混合器内流场瞬时突变结构.

关键词：静态混合器瞬态压力混沌突变理论动力学指数分割算法

四叶片式LPD静态混合器内湍流传热强化特性

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工程热物理学报 2024年第1期45卷 173-185页

作者：禹言芳宋睿李毓刘桓辰孟辉波沈阳化工大学机械与动力工程学院沈阳110142 中国石油大学(华东)新能源学院青岛266580

本文在雷诺数为2639~17599的恒热流边界条件下,通过实验和数值研究分析偏转角(α)、位错角(β)和间距比(l/D)三个几何参数对四叶片式LPD静态混合器内的换热和湍流流动特性的影响。采用速度场与温度场的协同性、对流换热系数和局部努塞尔... 详细信息

本文在雷诺数为2639~17599的恒热流边界条件下,通过实验和数值研究分析偏转角(α)、位错角(β)和间距比(l/D)三个几何参数对四叶片式LPD静态混合器内的换热和湍流流动特性的影响。采用速度场与温度场的协同性、对流换热系数和局部努塞尔数(Nulocal)等参数分析四叶片式LPD静态混合器内传热强化性能。结果表明:采用SST k-ω湍流模型预测四叶片式LPD静态混合器湍流流动和传热是可靠的;通过正交设计表和极差分析方法得到静态混合器的最优结构;随着α的减小混合器内速度场与温度场协同性逐渐增强;考虑到Re和α之间的耦合作用,提出在湍流条件下四叶片式LPD静态混合器的Nu和f的经验关联式;当叶片宽度与直径比(w/D)<0.2时,PEC值最大。

关键词：静态混合器传热协同数对流换热系数结构优化

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静态混合器内瞬态壁压波动特性实验研究

哈尔滨工程大学学报 2011年第5期32卷 690-696页

作者：孟辉波禹言芳吴剑华陈旭沈阳化工大学高效化工混合技术省级重点实验室辽宁沈阳110142 天津大学化工学院天津300072

为了探讨静态混合器内非线性流动特性,利用动态数据采集系统对SK型静态混合器管壁脉动压力进行测量,研究湍流状态下壁压的脉动幅值、功率谱以及结构函数的扩展的自相似标度律.实验研究表明:SK型静态混合器各点压力的最大波动幅值大于125... 详细信息

为了探讨静态混合器内非线性流动特性,利用动态数据采集系统对SK型静态混合器管壁脉动压力进行测量,研究湍流状态下壁压的脉动幅值、功率谱以及结构函数的扩展的自相似标度律.实验研究表明:SK型静态混合器各点压力的最大波动幅值大于125 Pa,并与进口流量呈二次函数关系逐渐增大;瞬态壁压脉动信号的一阶主频率低于0.5 Hz,功率谱随着频率的增加呈幂函数关系衰减;壁压波动信号的k阶结构函数与3阶结构函数的双对数存在线性关系;当进口流量Q>400 L.h-1时,压力结构函数的标度指数ξ(k)大于相对标度指数ξ(k,3);当进口流量Q≤400 L.h-1时,壁压波动信号的压力结构函数的标度指数ξ(k)小于相对标度指数ξ(k,3).但k阶结构函数相对标度指数ξ(k,3)与均匀各向同性湍流惯性子区的标度指数ξ(k)存在较大差别.

关键词：静态混合器壁压波动结构函数扩展的自相似标度律

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新型静态混合器湍流特性数值模拟

化学工程 2008年第5期36卷 20-23页

作者：孟辉波吴剑华禹言芳陈旭天津大学化工学院天津300072 沈阳化工学院机械工程学院辽宁沈阳110142

结合新型静态混合器的结构特点,利用CFD软件采用标准的k-ε湍流模型对新型静态混合器内的湍流状态下的三维不可压缩流场进行数值模拟。通过研究新型静态混合器脉动速度分布的对称性及其间歇性发现:新型静态混合器内3个方向速度分量的偏... 详细信息

结合新型静态混合器的结构特点,利用CFD软件采用标准的k-ε湍流模型对新型静态混合器内的湍流状态下的三维不可压缩流场进行数值模拟。通过研究新型静态混合器脉动速度分布的对称性及其间歇性发现:新型静态混合器内3个方向速度分量的偏斜因子和平坦因子分布具有周期性;x和z2个方向的速度概率密度分布存在较小不对称性且其平坦因子数值在2.3—5.7变化,径向偏斜因子的数量级均较轴向小1个数量级。采用新的数据处理方法计算和分析得到了不同长径比下新型静态混合器湍流流动阻力统一特性曲线及其关联式。

关键词：静态混合器平坦因子斜坦因子摩擦系数长径比