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基于改进TAB模型的液滴变形破碎动力学研究

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节能技术 2022年第4期40卷 305-309,320页

作者：卞迁孙凤贤哈尔滨工程大学动力与能源工程学院黑龙江哈尔滨150001

为研究单个液滴在高温气流中的变形破碎过程,以正十二烷液滴为例,建立了考虑对流、辐射耦合加热对液滴物性和气流热物性变化的改进泰勒类比破碎(TAB)模型,编制了计算程序。在与文献结果对比验证的基础上,数值模拟了高温环境中液滴变形... 详细信息

为研究单个液滴在高温气流中的变形破碎过程,以正十二烷液滴为例,建立了考虑对流、辐射耦合加热对液滴物性和气流热物性变化的改进泰勒类比破碎(TAB)模型,编制了计算程序。在与文献结果对比验证的基础上,数值模拟了高温环境中液滴变形破碎过程,得到了不同环境因素下液滴表面温度和无量纲直径的变化规律。研究结果表明:考虑液滴升温所预测的液滴变形明显加快;在较高辐射源温度下,辐射加热对液滴表面温度和变形的影响较小;随着气液相对速度加快,对流换热系数增大,液滴温升对液滴变形的促进作用增强。

关键词：燃料液滴液滴动力学 TAB模型变形破碎热环境

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热气流中单液滴变形破碎特性研究

热气流中单液滴变形破碎特性研究

作者：朱冬清南京航空航天大学

学位级别：硕士

以燃油在发动机燃烧室高温高速环境中的破碎雾化过程为背景,提出了关于液滴在热气流中的变形破碎过程机理的课题研究。本课题通过基础理论、数值模拟和实验分析三种方法相结合的方式,研究液滴在热气流中的变形破碎特性以及破碎模式等机... 详细信息

以燃油在发动机燃烧室高温高速环境中的破碎雾化过程为背景,提出了关于液滴在热气流中的变形破碎过程机理的课题研究。本课题通过基础理论、数值模拟和实验分析三种方法相结合的方式,研究液滴在热气流中的变形破碎特性以及破碎模式等机理性问题。研究结果表明:通过导致液滴变形、破碎的气动力,与阻碍液滴变形、破碎过程的表面张力、粘性力,相互作用下发生了液滴变形、破碎过程。冷态气流中液滴的表面张力远远大于其粘性力,主要考虑气动力与表面张力对液滴变形、破碎的影响。随着液滴温度的增加,液滴表面张力系数减小,即液滴的表面张力减小,在蒸发状态下,液滴的表面张力趋于0。冷态气流与热气流中的机理主要区别有以下两点:⑴随气流温度增加,液滴变形、破碎过程中的阻力出现了变换过程,冷态气流中以We数作为液滴变形、破碎过程中各特性参数变化规律的依据,将不再适合热气流中的液滴变形、破碎过程;⑵由于热气流的蒸发作用,冷态气流中产生的液膜在热气流中存在时间缩短,液滴在气流中变形、破碎的发展过程将随之改变。通过实验研究不同气流温度下无量纲变形时间、无量纲破碎时间、液滴变形速率、液滴破碎后子液滴群的变化规律,以完善液滴在气流中的破碎特性方面的研究。以及研究液滴变形速率随We的变化规律,液滴初始直径、气/液相对速度对液滴变形速率的影响,验证液滴内部流动理论在液滴破碎过程中的作用机理。在实验的基础上基于VOF方法与k-ε湍流模型并结合自定义换热及蒸发模型的函数UDF,对实验工况下热气流中的液滴变形破碎过程进行数值分析,最后完成与实验方法对比分析并优化实验结论的作用。

关键词：热气流单液滴变形破碎机理研究 CFD数值模拟优化分析

激波与亚毫米液滴相互作用的二维和三维数值模拟研究

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过程工程学报 2022年第8期22卷 1061-1073页

作者：施红辉章易鑫师顺董若凌彭双双浙江理工大学机械与自动控制学院浙江杭州310018

为了研究激波与亚毫米液滴相互作用过程,基于现有的实验结果,利用Fluent平台,采用VOF (Volume of Fluid)多相流模型和k-ε湍流模型,通过二维数值模拟分析了不同韦伯数(We)对亚毫米液滴变形演化过程的影响规律,通过三维数值模拟揭示了亚... 详细信息

为了研究激波与亚毫米液滴相互作用过程,基于现有的实验结果,利用Fluent平台,采用VOF (Volume of Fluid)多相流模型和k-ε湍流模型,通过二维数值模拟分析了不同韦伯数(We)对亚毫米液滴变形演化过程的影响规律,通过三维数值模拟揭示了亚毫米液滴爆炸式破碎机理。结果表明,韦伯数对液滴变形有促进作用,韦伯数越大,液滴在压缩变形阶段所需要的时间越短;在气动力不变的条件下,相同液滴直径条件下,马赫数越大,液滴所受的气动力越大,液滴质心位移的无量纲加速度越大,低韦伯数下液滴的横向展开速率随韦伯数增大而减小,而高韦伯数下液滴的横向展开速率随韦伯数增大而增大。数值模拟结果与对比实验结果相近,有效阐明了韦伯数对亚毫米液滴变形的作用。

关键词：数值研究亚毫米液滴激波变形破碎韦伯数

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回采巷道围岩变形破碎机理及支护措施研究

煤炭与化工 2018年第9期41卷 14-16,22页

作者：闫中明山西兴盛鸿发煤业有限公司山西平遥031100

针对鸿发煤业有限公司4008运输巷出现的大变形破坏问题,对4008运输巷变形破坏特征进行了分析,并通过现场勘查与理论分析,表明影响运输巷稳定的主要因素是巷道埋深较大、地质构造影响、采动干扰等。结合深部巷道耦合支护理念,提出了锚杆... 详细信息

针对鸿发煤业有限公司4008运输巷出现的大变形破坏问题,对4008运输巷变形破坏特征进行了分析,并通过现场勘查与理论分析,表明影响运输巷稳定的主要因素是巷道埋深较大、地质构造影响、采动干扰等。结合深部巷道耦合支护理念,提出了锚杆+关键位置锚索+底角注浆锚杆+复合托盘+焊接钢筋网返修支护方案,从现场试验巷道的变形情况来看,返修支护方案实现了对4008运输巷围岩的有效控制。

关键词：回采巷道围岩变形破碎机理支护措施

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气流中液化天然气液滴破碎数值模拟研究

石油化工 2021年第3期50卷 224-229页

作者：樊玉光宋光辉袁淑霞刘家豪雷瑶西安石油大学机械工程学院陕西西安710065

基于流体体积法和k-ε湍流模型对液化天然气单液滴在气流中的变形破碎情况进行模拟研究。研究不同We对液滴形态和破碎模式的影响,分析液滴形态变化过程中速度、加速度和阻力系数随时间的变化趋势,并研究不同流场下液滴变形破碎情况。结... 详细信息

基于流体体积法和k-ε湍流模型对液化天然气单液滴在气流中的变形破碎情况进行模拟研究。研究不同We对液滴形态和破碎模式的影响,分析液滴形态变化过程中速度、加速度和阻力系数随时间的变化趋势,并研究不同流场下液滴变形破碎情况。结果表明,不同的We下,液滴呈现出不同的破碎模式,液滴发生剪切破碎的临界We为80左右,同一We下不同直径的液滴临界破碎时间有所不同;随着气液相对速度的We的增大,液滴的无量纲变形时间先递减后趋向于平缓;液滴变形破碎过程中,速度随着时间的延长而增加,加速度和阻力系数随着时间的延长先增后减;与普通流场相比,带挡板的流场中液滴变形破碎时间明显缩短。

关键词：液化天然气液滴变形破碎流体体积法临界We 数值模拟

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约束喷射沉积过程数值模拟及实验研究

约束喷射沉积过程数值模拟及实验研究

作者：杨环昆明理工大学

学位级别：硕士

喷射沉积连续挤压是新近提出的一种利用快速凝固技术制备高合金材料的近净成形新技术,该技术有效的融合了喷射沉积技术和连续挤压技术的优点,具有广阔的应用前景。喷射成形过程和连续挤压过程都很复杂,需控制的工艺参数众多。本文采用... 详细信息

喷射沉积连续挤压是新近提出的一种利用快速凝固技术制备高合金材料的近净成形新技术,该技术有效的融合了喷射沉积技术和连续挤压技术的优点,具有广阔的应用前景。喷射成形过程和连续挤压过程都很复杂,需控制的工艺参数众多。本文采用双旋转盘流型控制器约束雾化射流,对雾化过程进行数值模拟,并参照试验结果进行了全面的阐述和分析,揭示不同工艺参数对雾化过程的影响,为高合金材料的生产奠定基础。采用计算流体力学软件Fluent提供的RNGκ-ε湍流模型、TAB(泰勒比)模型以及DPM离散模型对环孔型和环缝型雾化器气体流场进行分析,结果表明其他参数相同的情况下,环孔型雾化器压力区域为半封闭状,雾化器导流管内部熔体压强较小,气孔中心的速度值较大,对液柱的冲击破碎能力更强,较适合于喷射沉积连续挤压技术。对比五种不同出气口交角的自由式雾化器气体流场,为增加雾化效果,减小涡流区的影响,降低导流管内部熔体的压力,雾化器出气口夹角最佳参数为25°。对比传统自由与约束喷射沉积的雾化流场,发现流场中的熔滴在双旋转盘流型控制器的约束作用下,熔滴以扇形扩散且偏向一侧,与实验结果一致,而且整个过程中速度没有很大的衰减。气体压力为0.25MPa时,沉积坯没有明显的氧化现象,且沉积坯能与连续挤压机轮槽恰好匹配。对熔滴在流场中变形破碎的数值模拟结果,发现熔滴前后端驻点静压力场和速度分布不均匀,且相对速度越大,熔滴表面的静压力分布越不均匀,熔滴越容易发生变形破碎。对熔滴在三种倾斜角度的壁面铺展过程模拟研究,发现随着壁面倾斜角度从0°增大到60°,熔滴沿壁面向前铺展的速度较快,向后的铺展速度减小到0,熔滴与壁面的接触面积增加,形成卷入式气孔的可能性减小,且液态金属层预先凝固边缘不易向内卷曲收缩,铺展更均匀,与实验结果基本一致。

关键词：喷射沉积连续挤压雾化器雾化流场变形破碎沉积坯

超声静电雾化喷头设计与根系雾滴粘附试验研究

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超声静电雾化喷头设计与根系雾滴粘附试验研究

作者：陈祥超江苏大学

学位级别：硕士

随着科技的发展,雾化栽培技术逐渐成为无土栽培研究的重点。雾化栽培作物通过根系粘附营养液滴进行生长,因此雾培成功的关键是增加根系对雾滴的粘附量。流体动力式喷头结构简单,工作可靠且雾化量大,比较适合大规模的雾化栽培。静电技术... 详细信息

随着科技的发展,雾化栽培技术逐渐成为无土栽培研究的重点。雾化栽培作物通过根系粘附营养液滴进行生长,因此雾培成功的关键是增加根系对雾滴的粘附量。流体动力式喷头结构简单,工作可靠且雾化量大,比较适合大规模的雾化栽培。静电技术的使用可以提高根系粘附的沉积量和沉积均匀性。本文设计了一种结构简单、性能可靠、成本低廉且绝缘的采用接触式充电的超声速雾化喷头。提出了一种螺旋型根芯电极并搭建了根系雾滴粘附试验台。运用Fluent软件对超声速喷管进行仿真,发现:（1）在喷管几何条件不变的情况下,改变湍流计算模型对管内流场分布影响较小。（2）喷管最佳膨胀状态压力处于0.9MPa-1MPa之间,出口截面出现正激波时压力值介于0.3MPa-0.4MPa之间。（3）喷管扩张比对喷管出口速度影响特别显著,入口直径、喉管长度对喷管出口速度无显著影响。最优尺寸条件为:入口直径为14mm,喷管扩张比为3。（4）增加凹槽宽度能显著改变喷管内流场分布,增加凹槽深度对喷管内流场分布影响不显著。喷管最佳凹槽尺寸为深度1.75mm,宽度2mm。采用COMSOL软件模拟液滴变形过程,发现静止的液滴,粒径越大,静电电压越高,液滴变形越明显。运动的液滴,当静电电压较低时,液滴周围的流场对液滴变形有抑制作用,当流场速度较低时,静电电压越高,液滴变形越明显。进行根系粘附试验研究,发现:（1）雾滴粒径与静电电压和进气压力成反比。（2）单液滴撞壁过程中,入射速度大、接触角小、粒径较大的液滴在撞壁后容易铺展和破碎;接触角较大、粒径较小的液滴易发生反弹;入射速度小可以减小液滴反弹。（3）基于正交试验的根系雾滴粘附量试验中,各因素对粘附量影响依次为进气压力,喷雾距离,静电电压,根芯电极材料;当进气压力为0.4MPa,喷雾距离为1.75m,静电电压为12k V,根芯电极材料为铜时,根系雾滴粘附量最多。（4）在根系雾滴覆盖率试验中,随着静电电压的增加,水敏纸正面和背面的覆盖率均有所增加,且覆盖均匀性更好,同时,在水敏纸正面雾滴沉积中,下层水敏纸雾滴覆盖率要明显高于上层和中层。（5）在根系内部湿度测量中,静电电压和进气压力与根系内部湿度成正相关,进气压力带来的湿度变化要高于静电电压带来的湿度变化,试验结果有效验证了雾滴在根系上的粘附试验。

关键词：超声速喷管根芯电极数值模拟变形破碎粘附