气动雾化喷嘴辅助雾化孔角度优化

为了改善气动雾化喷嘴的雾化质量，课题组基于FLUENT软件，对气动喷嘴喷雾的形成过程进行数值模拟。建立了气动雾化喷嘴的空气与水的流动模型，通过气液耦合分析，探究辅助雾化孔角度的改变对雾化特性的影响，包括流场扩展程度变化规律、检测平面受到喷涂压力的变化规律以及液滴索特平均粒径（SMD）的变化3个方面的影响。仿真结果表明：对于本课题的模型而言，辅助雾化孔角度取40°时雾化效果较好；在满足雾化液滴粒径要求的前提下，气动雾化喷嘴应尽量选用较小的辅助雾化孔角度。     

基于气动雾化机理的喷嘴性能试验研究

针对目前气动雾化喷嘴结构复杂、雾化液滴不均匀等问题,设计了气相通道斜度为30°,45°,60°的3种喷嘴,基于气动雾化机理,以自来水为试验工质,利用相位多普勒粒子测量仪检测了气液比、气相通道开口斜度及气相压力对雾滴粒径、喷雾宽度以及雾化沉积量的影响。结果表明：气液比相比于气相通道开口斜度、气相压力参数对雾滴粒径的影响明显;随着气液比的增大,雾滴粒径变小,雾化颗粒更加均匀;气液比对喷雾宽度的影响同样十分明显,随着气液比增加,雾化角变大,喷雾宽度增加,且喷雾宽度内的雾滴沉积量呈现正态分布。设计的气动雾化喷嘴可使雾化效果得到较大改善。     

基于FLUENT的气液两相流喷嘴雾化性能研究

为了提升雾化器的雾化性能,对雾化器喷嘴结构进行研究。以空气和水为介质,采用FLUENT软件仿真模拟喷嘴雾化过程并利用试验加以验证。以不同角度的气相出口通道为研究对象,通过调整气压、气液比的大小探究喷嘴在其影响下的喷雾效果。研究结果表明：随着气相通道斜度增大,可以提高喷嘴的雾化质量,当气相通道斜度过大时,也会影响雾化效果;同时,喷雾效果也受气压、气液比的影响,随着气压、气液比的变大,雾滴粒径逐渐变小,雾化性能更好。     

急冷塔内喷雾蒸发过程的数值模拟

针对废弃物焚烧时高温烟气在降温过程中二噁英的再生成问题,建立了高温烟气与雾化液滴两相流动及两相之间传质传热的数学模型,并以此为基础,利用计算流体力学（CFD）方法对急冷塔内雾化液滴的蒸发过程进行了数值模拟,研究了入口烟气温度、液滴初始粒径、初始温度及喷射速度对液滴群蒸发的影响。模拟结果表明：液滴蒸发经过非稳态和稳态过程,在稳态阶段液滴平衡温度受入口烟气温度的影响较大且随着烟气温度升高而增大;液滴群的完全蒸发时间随着烟气温度的升高而缩短且随着颗粒初始粒径的增大而延长;液滴群完全蒸发时间与液滴初始温度及喷射速度基本无关;初始粒径在150 μm以下能保证在1 s内冷却烟气至200 ℃。该结果可为急冷塔系统设计及运行提供参考。     

水力喷射压裂孔内压力分布研究

水力喷射压裂工艺是集水力射孔和压裂一体的新型油田增产技术。在室内实验基础上， 运用流体力学计算方法， 对水力喷射压裂孔道内压力场进行计算， 得到了井下水力射流在地层孔道内的压力及速度分布， 揭示了喷嘴空间位置、 喷嘴数量、 孔道形状、 喷嘴压降和喷嘴直径对孔道压力的影响规律。结果表明：高速射流之间具有很强的独立性， 喷嘴空间位置和喷嘴数量不会影响孔道内压力； 水力射流在不同形状孔道内产生的压力相同； 孔道压力随喷嘴压降和喷嘴直径的增大而增加。     

液滴通过圆形表面的格子Boltzmann模拟

为了探究液滴在通过圆形表面的运动过程中固体表面的润湿性对液滴运动的影响,基于S C伪势模型的介观格子Boltzmann方法（LBM）,课题组对重力场下液滴的运动过程进行了二维数值模拟,并考虑了气 液、液 固间的相互作用力与重力的影响。同时采用MATLAB软件图像处理中的边缘检测技术来提取液滴轮廓线,然后以多项式拟合的方法来获得液滴的接触角。计算结果表明：液滴的整体运动速度会随着接触角的增大而增大,而且都会经历一个相同的速度变化过程,同时在液滴下落的过程中存在一个临界接触角。该研究表明润湿性对液滴运动有显著的影响,其模拟结果对液滴动力学的仿真有一定的参考价值。     

气泡生长及脱离过程的格子玻尔兹曼模拟

为了研究气液相变过程中重力加速度、壁面温度以及成核点间距离对气泡生长及脱离的影响，课题组在Shan Chen伪势格子Boltzmann模型的基础上，通过将密度分布函数与温度分布函数进行耦合求解的方式建立了气液相变模型。同时采用此模型计算得到了液滴内外压差与液滴半径倒数之间的关系，发现其符合Young Laplace定律，从而验证了模型的正确性。进而利用此模型对气液相变现象中的气泡生长及脱离过程进行了二维数值模拟。结果表明：气泡脱离直径会随着重力加速度的增大而呈现出逐渐减小的规律，而且气泡生长及脱离的过程与文献结果甚为相符，此外将模拟得到的气泡脱离直径进行了非线性拟合，发现其结果与新的经验关系式吻合良好；同时较高的壁面温度会增大气泡断裂颈部与壁面之间的距离，而且壁面温度的升高会增大气泡的脱离直径；还发现随着成核点间距离的增加，气泡的脱离直径会呈现出先减小而后增大的趋势。     

喷孔锥度对喷气织机环槽型辅助喷嘴性能的影响

为提升引纬质量，课题组设计了一种环形槽型喷孔辅助喷嘴，并通过数值模拟探究辅助喷嘴结构对喷射性能的影响。课题组依据喷射出口面积等效原则，设计了3种环槽型辅助喷嘴，并分别建立了环形槽结合中心式辅助喷嘴的流场模型；利用FLUENT软件对建立的流场模型进行数值模拟，得到供气压力0.3 MPa时不同喷孔锥度的各环槽型辅助喷嘴对称面上速度云图、出口流速中心线上速度分布曲线图、气耗量，以及距喷嘴出口20，50，70 mm处截面速度分布图。结果表明：对同种环槽型辅助喷嘴，随着喷孔锥度增大，辅助喷嘴的喷射性能明显增强；喷孔锥度大于0°时,喷孔锥度增大各喷嘴出口处射流速度也随之增大。环槽型辅助喷嘴为喷气织机引纬提供了一种效率更高的方法。     

喷气涡流纺喷嘴参数对内流场特性的影响

为探究高速气流在喷气涡流纺内流道的流场特性规律，课题组基于FLUENT建立喷嘴的参数化模型，采用单一变量法分别研究喷孔数量、喷孔倾角和供气压力对喷嘴内流场的影响。结果表明：受引导部件的影响，内流场气流特性分别存在不规则性，且有较多的回流和涡流现象的存在；随着喷孔数量的增加，喷孔出口气流速度略有增大，内流场涡流现象减少，气流旋转性能显著增强；随着喷孔倾角的增大，气流速度峰值先增大后减小，导引部件螺旋面两侧的轴向速度和切向速度分布有明显不同，而当喷孔倾角超过70°后角度对速度的影响逐渐减弱；随供气压力的增加，气流速度增大，气流旋转特性增强，纱线加捻效果有所提高。该研究对于喷气涡流纺喷嘴的结构设计具有参考价值。     

超声速流体振荡器流动特性数值研究

通过改变流体振荡器喷嘴宽度、喉道宽度,对某种结构的超声速流体振荡器进行二维非稳态数值模拟。计算结果表明:当喷嘴宽度远小于混合腔入口宽度时,振荡器的延迟时间t0随着喉道宽度的增加而减小;当喷嘴宽度接近混合腔入口宽度时,延迟时间t0随喉道宽度改变的变化不明显;当保持喷嘴宽度不变时,振荡周期随着喉道宽度的增大而逐渐减小,但减小幅度越来越小;存在一个临界喉道宽度值,一旦超过这个临界值,超声速流体振荡器不能起振。     

附着滴在粗糙多孔介质表面铺展渗透的数值研究

为了探究附着滴在粗糙多孔介质表面的动力学行为，课题组通过ANSYS FLUENT对液滴在多孔介质上的铺展渗透进行了研究。首先用凹凸槽来代替表面粗糙度的方法，然后使用VOF模型追踪液滴形态变化，最后利用PISO 算法进行数值模拟计算。定量分析了邦德数、平衡接触角、达西数和多孔介质表面粗糙度对液滴铺展半径和渗透深度的影响。结果表明：随着液滴邦德数的增大，液滴更易变形，铺展和渗透深度增加；随着平衡接触角的增大，液滴越难铺展和渗透，但液滴后期阶段渗透深度增加；随着达西数增大，多孔介质的渗透率增大，所以渗透深度增加，而铺展半径相对减小；随着多孔介质表面粗糙度的增大，铺展半径减小，渗透深度增大。该研究的成果有利于提高生产质量和减少环境污染。     

喷气涡流纺喷孔数量对喷嘴内气流场的影响

为了研究喷孔数量对喷嘴内气流场的影响,应用FLUENT流体计算软件对喷嘴内部气流场进行数值模拟,并结合OriginPro对不同喷孔数量时喷嘴内部气流场状况进行比较和分析,深入解析喷孔数量对涡流场的影响。研究表明：喷孔数量对喷嘴内部气流场的特性影响较为明显,随着喷孔数量的增多,气流在喷嘴中形成的旋转运动增强,喷嘴入口处用以吸引纤维的负压也随之增大,对纱线的加捻特性也就越强。     

喷嘴压力对非淹没空化流场影响的研究

为了了解非淹没射流对大型工件的处理效果,课题组提出并设计了一种新型的非淹没人工射流,该方式可以适应各种场合工件的处理。在理论基础上,由淹没状态下的汽、液两相流变为非淹没状态下的气、汽、液三相流,采用外围低压水与内喷嘴高压水的结合,形成了人工淹没环境结构;通过该结构,使用FLUENT软件,实现了非淹没喷嘴空化效果的判断与预测;并通过模拟结果,分析了不同压力对空化流场的影响。结果表明：随着压力的升高,流场的轴向速度、轴向动压强以及汽相体积分数有着明显的提高。该非淹没喷嘴可产生较强的空化效果,且对入口压力较为敏感。     

中心雾化孔压力对成膜特性的影响

研究空气喷涂过程中中心雾化孔压力变化对喷雾流场和涂层厚度分布的影响。针对计算流体动力学中欧拉-拉格朗日方法建模的不足,采用欧拉-欧拉法建立中心雾化孔压力影响模型,对喷涂过程和成膜情况进行仿真计算,对比分析不同中心雾化孔压力下的喷雾流场和涂层厚度分布情况,并利用实验进行验证。结果表明:当中心雾化孔压力逐渐增大时,喷雾流场长轴喷幅变小,短轴喷幅逐渐增大,长短轴喷幅差距逐渐缩小直至近似;喷雾图形形状由椭圆形逐渐趋于圆形,成膜面积趋于稳定;涂层中心厚度显著增大,厚度分布趋于不均匀。     

喷孔锥度对喷气织机辅助喷嘴喷射性能的影响

为探究喷孔锥度对喷气织机多圆孔辅助喷嘴喷射性能的影响规律,课题组设计了3类等大中心环形分布喷孔辅助喷嘴,研究其流场特性。分别建立了不同喷孔锥度时3类辅助喷嘴的流场模型;利用FLUENT软件对上述流场模型进行数值模拟,得到供气压力0.3 MPa时各辅助喷嘴对称面上速度云图、出口流速中心线上速度衰减曲线图及距喷嘴出口不同距离处截面速度分布图;提取截面上速度分布数据点得到了3类多圆孔辅助喷嘴0°和10°时距出口不同距离处截面速度径向分布图。结果表明：随喷孔锥度增大,各多圆孔辅助喷嘴的喷射性能明显增强;喷孔锥度大于0°时,喷孔锥度越大各型喷嘴出口处射流速度也随之增大。课题组既分析了喷孔锥度和孔心距各自单一因素对喷嘴喷射性能的影响,又考虑了喷孔锥度和孔心距双因素对喷嘴喷射性能的影响,结果表明喷孔锥度对辅助喷嘴整体喷射性能的影响较孔心距的影响更为显著。     

基于正交试验法的脉冲除垢系统优化

为了使应用于炭黑急冷器中的新型脉冲除垢系统达到更好的除垢效果,通过正交试验和数值模拟的方法,以换 热管壁面峰值压力作为评价指标,分析了喷吹压力、喷吹距离、喷嘴直径和喷吹时间对除垢性能的影响。得到了影响除 垢效果因素的主次顺序依次是喷吹压力、喷吹时间、喷嘴直径和喷吹距离;在所选取的水平范围内,当喷吹压力为2.0 MPa,喷吹时间取0.2-0.3 s,喷嘴直径为7.5 mm,喷吹距离为40 mm时,脉冲除垢系统能取得较好的效果。所得到的分 析结果为脉冲除垢系统的设计优化提供了理论依据,为炭黑急冷器的工程化安全应用奠定了基础。     

螺栓设计参数对连接状态的影响及轴向力可视化方法研究

螺栓结构的连接状态与轴向力密切相关,而轴向力受多因素的影响,在拧紧或者松动过程中不断变化且无法做到无传感器实时监测。首先,基于螺栓的外螺纹轮廓方程,建立了精细化的螺栓有限元模型。其次,基于此模型研究了螺纹接触面摩擦因数、牙型角、螺距对于螺栓预紧过程及松动过程的影响规律。最后,关联松动角度和轴向力,结合深度学习目标检测算法,将螺栓的轴向力信息可视化。研究结果表明：在拧紧和松动过程中,螺栓轴向力实现了可观和可控,同时螺栓在预紧相同角度的情况下,其轴向力随着螺距和牙型角的增大而增加;其预紧力矩随着螺纹接触面摩擦因数和螺距的增大而变大,但会随着牙型角的增大而变小。     

改善高压水射流性能的研究

本文研究了喷嘴形状和高聚物添加剂对高压水射流性能的影响,给出了一种分析喷嘴内流体流动的方法。应用这种方法对七种曲线型喷嘴进行了分析,获得了质量较好的喷嘴线型。此外,还分析了高聚物添加剂对高压水射流性能的影响,并对其机理作了探讨。     

微型航改燃机燃料特性影响的研究

以某型100KW微型燃气轮机回流环形燃烧室为研究对象,开展柴油替换航空煤油雾化及燃烧特性研究,通过激光粒度仪及工业相机对空气雾化主喷嘴航空煤油雾化特性进行试验,修正拟合适用于文丘里式喷嘴雾化SMD的工程预测经验公式,并通过经验公式预测柴油雾化性能针对不同工况下两种燃料(航空煤油与柴油)采用CFD软件进行数值模拟,分析慢车工况及额定工况下不同燃料对燃烧室燃烧性能的影响.研究结果表明,在不同工况下燃用两种不同燃料对空气流量分配差别较小,额定工况下两种燃料对雾化性能影响较低,燃烧性能差异较小;在慢车工况时,两种燃料对雾化性能影响较大,柴油液滴雾化距离平均高于同工况航空煤油约20μm左右,雾化性能下降明显,同时导致其燃烧区域出现明显后移,燃烧效率较同工况航空煤油下降0.78%,出口温度分布系数较同工况航空煤油升高0.056.     

基于毛细不稳定性的聚焦通道微液滴操控研究

针对目前利用微流道产生微液滴时,存在的制作成本高、难于控制液滴大小的缺点,采用数值模拟的方法对聚焦通道进行研究。文章基于毛细不稳定性来系统研究聚焦流道液滴生成与作用规律。研究中主要采用水平集方法,探讨了连续相速度、表面张力、两相黏度比、通道尺寸等因素对于液滴生成的影响,并从不稳定性角度来阐释其物理机制。研究结果表明水平集方法可以很好地模拟液滴破碎,发现连续相速度、表面张力、两相黏度比对液滴尺寸影响较大