新型旋转射流多孔喷嘴流场的分析
一种旋流式喷嘴的实验和数值研究_王国辉
一种旋流式喷嘴的实验和数值研究Ξ王国辉,蔡体敏,何国强,胡春波(西北工业大学航天工程学院,陕西西安710072) 摘 要:对一种小尺寸复杂结构的旋流式喷嘴进行了实验和数值研究。
实验研究中确定了喷嘴前后压差与流量间的对应关系。
数值研究中应用VOF方法对喷嘴内三维气液两相流动进行了计算,并与实验结果做了比较,二者吻合较好。
而后应用该算法对喷嘴在不同结构尺寸下的流动过程进行了计算,对比分析后发现:旋流室及旋流器的结构和尺寸均会对喷嘴出口速度产生影响,但只有旋流器螺旋升角和槽道数目才会对喷嘴雾化角产生显著影响。
关键词:喷嘴;雾化;二相流;数值计算;实验中图分类号:V233122 文献标识码:A 文章编号:100124055(2003)0120028205Experimental and numerical investigation of a swirl atomizerW ANG G uo2hui,C AI T i2min,HE G uo2qiang,H U Chun2bo(C oll.of Astronautics,N orthwestern P olytechnical Univ.,X i’an710072,China)Abstract: Experimental and numerical study on a small s wirl atomizer with com plex structure was conducted.In the experi2 mental research,the relationship between pressure difference of atomizer and mass flow rate was decided.In numerical research,32 D gas2liquid flow in the atomizer was calculated em ploying VOF method,which was validated by the experimental data with g ood agreement each other.Then,with this methodology,flow process in the atomizer with different structure and dimension was simulat2 ed.A fter analysis about these numerical results,it was found that:the atomizer exit velocity can be affected by both the structure and dimension of s wirl2chamber and s wirler,and the atomization angle mainly decided by the screw rise angle and the number of the s wirl2 er grooves.K ey w ords: Injector;T w o phase flow;Atomization;Numerical calculation;Experimentation1 引 言在诸多种类的喷嘴中,旋流式喷嘴几何尺寸相对较小,内部形状复杂,使用中可望获得尽量大的雾化角、尽量小的雾化粒径和尽量均匀的雾化度。
旋流式进料喷嘴实验与流场结构数值模拟
旋流式进料喷嘴实验与流场结构数值模拟黄启龙;李进贤;郑亚;朱国强;赵思珍【摘要】针对旋流式催化裂化进料喷嘴进行了实验研究和数值模拟。
实验中测量了不同工况下的雾化粒径和喷嘴的雾化角，同时验证了各段的压降分配方案。
通过VOF（ volume of fluid）方法对喷嘴气液两相流的流动过程进行了数值模拟，描述了喷嘴中两相流的填充过程，得到了喷嘴的压力、速度分布和雾化角，并与实验结果进行了比较，二者吻合较好。
对上述结果分析后表明，该型旋流式喷嘴雾化粒径在53～60μm，雾化角随气液比或流量的增大而有所增加，采用内外嵌套式旋流器可使射流厚度较为均匀。
%Experiments on and numerical simulation of a swirl fluid catalytic cracking ( FCC ) feed nozzle were presented. In the experiments, the spray angle and sauter mean droplet ( SMD) were measured at different flow rates. Then pressure drop on each section of nozzle was verified. Volume of Fluid ( VOF) method was used to simu⁃late the gas⁃liquid flow process in a swirl FCC feed nozzle. The simulation exhibited the process of two⁃phase flow filling feed nozzle. The nozzle pressure, velocity distribution and spray angle were calculated;the calculated results agreed well with validated by experimental data. The results show that: the SMD size of feed nozzle is 53⁃60μm;the spray angle increases with increasing gas/liquid mass ratio or flow rate;the spray pattern is fairly evenly distrib⁃uted within combined cyclone.【期刊名称】《西北工业大学学报》【年(卷),期】2015(000)003【总页数】7页(P388-394)【关键词】催化裂化;喷嘴;流场;两相流;雾化粒径;VOF方法【作者】黄启龙;李进贤;郑亚;朱国强;赵思珍【作者单位】西北工业大学航天学院，陕西西安 710072;西北工业大学航天学院，陕西西安 710072;西北工业大学航天学院，陕西西安 710072;西北工业大学航天学院，陕西西安 710072;中国石化工程建设公司，北京 100101【正文语种】中文【中图分类】Q051旋流式进料喷嘴实验与流场结构数值模拟黄启龙1，李进贤1，郑亚1，朱国强1，赵思珍2(1．西北工业大学航天学院，陕西西安710072; 2．中国石化工程建设公司，北京100101)摘要:针对旋流式催化裂化进料喷嘴进行了实验研究和数值模拟。
基于CFD新型喷射泵内流场数值分析
基于CFD新型喷射泵内流场数值分析CFD新型喷射泵内流场数值分析CFD，即计算流体动力学，是通过数值方法对流体流动、传热、传质等问题进行数值模拟和预测的一种工程计算方法。
在工程领域中，CFD已成为一种不可或缺的工具，可以有效优化产品设计和生产过程。
新型喷射泵是一种高效节能的流体输送设备，广泛应用于工业生产过程中。
为了更好地优化和设计新型喷射泵，需要对其内部流动情况进行研究和分析。
基于CFD技术，可以通过建立新型喷射泵的数值模型，进行内部流场数值分析，从而找到最佳设计方案。
喷射泵的结构特点是利用液流物理效应通过层层喷嘴剥离出中央空气区域，形成低压区，从而实现吸入液体的目的。
对于新型喷射泵，其内部流场情况往往较为复杂，因此需要精细模拟和分析。
在进行数值模拟前，需要对新型喷射泵的几何结构和工作条件进行建模。
通过建立三维几何模型，并设置边界条件和工作参数，可以得到新型喷射泵内部流场的数值模拟结果。
通过数值模拟，可以分析得到新型喷射泵内部流场的速度、压力和液体浓度分布等信息。
在分析过程中，需要注意如何选取合适的网格质量和算法，以保证数值模拟的精度和准确性。
在分析新型喷射泵内部流场后，可以进一步进行优化设计。
例如，优化喷嘴结构、液体注入量和气体流量等参数，以达到最佳的流动效果和输送性能。
这样不仅可以提高新型喷射泵的运行效率，还可以节省能源和减少生产成本。
综上所述，基于CFD技术对新型喷射泵内部流场进行数值分析，可以有效优化喷射泵的设计和生产过程，提高其运行效率和性能。
未来，随着CFD技术的不断发展和应用，在各行各业中，将会有更多的工程问题将得以通过CFD方法进行解决和优化。
由于缺少具体的新型喷射泵内部流场数值模型数据，以下将以一组流量为0.5 m³/h的喷射泵数据进行简要分析。
首先，通过数值模拟得出的新型喷射泵内部流速分布图，可以看出喷射泵的中心区域具有较低的流速，周围区域的流速则较高，这与喷射泵工作原理相符合。
应用STAR-CCM+的旋流喷嘴内部三维流场数值模拟与分析
应用STAR-CCM+的旋流喷嘴内部三维流场数值模拟与分析陈娜;吴敏;邱华;葛明桥【摘要】为探讨旋流喷嘴内部气流流动特征对纱线表面的作用效果,采用软件STAR-CCM+建立流体计算模型,对喷嘴内部气流流动进行数值模拟和计算.根据计算结果,解析和比较喷嘴气道与纱道相交方向和相切点位置不同时,喷嘴纱道中径向、切向、轴向气流的速度分布规律,并结合纱道中气流分布特点,分析气流对纱线的作用效果.从模拟结果得出:旋流喷嘴纱道与气道相切点沿X轴负方向长度为14 mm,且喷嘴气道与纱道相交方向向上时,所形成的气流对减少占大多数的顺向毛羽较为有利.【期刊名称】《纺织学报》【年(卷),期】2014(035)012【总页数】6页(P142-147)【关键词】旋流喷嘴;STAR-CCM+;流场;模拟【作者】陈娜;吴敏;邱华;葛明桥【作者单位】生态纺织教育部重点实验室(江南大学),江苏无锡214122;生态纺织教育部重点实验室(江南大学),江苏无锡214122;生态纺织教育部重点实验室(江南大学),江苏无锡214122;生态纺织教育部重点实验室(江南大学),江苏无锡214122【正文语种】中文【中图分类】TS112.8随着纺织科技的不断进步，气流在纺织生产中的应用日益增多。
除了运用气流来改变成纱机制的新技术外，还可借助气流来改善纱线质量，如集聚纺[1]和旋流喷嘴环锭纺技术。
旋流喷嘴环锭纺是在环锭纺上利用旋流喷嘴降低纱线表面毛羽，改善纱线质量的技术。
褚结[2]、牟俊玲[3]、张英姿[4]等主要研究了旋流喷嘴纱道与气道直径、长度和纱道形状等结构参数以及纺纱工艺参数对减羽效果的影响。
本文借助计算流体力学软件 STAR-CCM+对旋流喷嘴纱道三维流场进行数值模拟，在前人设计的旋流喷嘴的基础上通过改变气道与纱道相交方向和相切点的位置，探讨其对喷嘴纱道内部气流分布的影响，并选择出较好的喷嘴结构模型，为今后研究其他参数对旋流喷嘴减羽效果的影响奠定了基础。
2004 _旋转型气_液雾化喷嘴_流量特性的实验研究_龚景松
力差 , Pa 。
此时流量系数可以表达为 :
Cl = πrp2
Ql
2ρlΔPl
(2)
喷嘴出口达到声速时 , 雾化气体的流量用等熵
流动条件下的流量公式表达为[2] :
2
Qg = Cg f p
2K K+1
2 K+1
K- 1 Pgρg
(3)
其中 : Qg —雾化空气的流量 , kg/ s ; Cg —气体的流量
图 2 实验系统图
3 流量系数的表达式
液体的流量可以表示为如下的关系[2] :
Ql = Cl f p 2ρlΔPl
(1)
其中 : Ql — 液 体 的 流 量 ,kg/ s ; Cl — 液 体 的 流 量 系
数 ; f p —喷嘴出口面积 ,m2 , f p = πrp2 ;ρl —被测液体
的密度 , kg/ m3 ;ΔPl —被测液体在喷嘴进出口的压
混合液体 ,具体的物理性质见表 1 。同时由于液体粘 性改变 ,需要对流量计的读数进行重新标定 。
表 1 甘油水溶液的粘性与密度
编号
粘度 / mPa. s
恩氏粘度 (°E) 密度 / kg ·m- 3
1
59. 75
6. 63
旋转空化喷嘴结构优化设计及涡旋特性分析
第 54 卷第 4 期2023 年 4 月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.54 No.4Apr. 2023旋转空化喷嘴结构优化设计及涡旋特性分析武晓亚1，张逸群2, 3，赵帅2，李根生1, 3(1. 中国石油大学(北京) 石油工程学院，北京，102249；2. 中国石油大学(北京) 安全与海洋工程学院，北京，102249；3. 中国石油大学(北京) 天然气水合物国家重点实验室，北京，102249)摘要：为提升高压水射流破碎开采天然气水合物的效率，优化设计一种旋转空化射流喷嘴。
利用计算流体力学方法探究不同叶轮数、叶轮加旋角度、入口速度和出口围压对旋转空化射流特性的影响规律，对比分析旋转空化射流和收缩−扩张型空化射流的流场分布规律、涡旋特性及天然气水合物沉积物的破碎特征。
研究结果表明：叶轮加旋角度对旋转空化射流的影响明显比叶轮数的影响大，叶轮数及叶轮加旋角度的优化值分别为3个和360°；在喷嘴结构固定的情况下，提高入口速度能获得空蚀及射流冲蚀能力更强的旋转空化射流，而围压升高则会弱化流场中空化云的初生与发展；旋转空化射流因兼具正向冲击、径向张力及周向剪力和“梭形”空化云特点，较收缩−扩张型空化射流有更优的破岩效果；叶轮旋转效应所产生的中心涡使得旋转空化射流的涡结构更加复杂，流场中更易形成“负压”区以提升射流的空蚀能力。
关键词：旋转空化射流；天然气水合物；射流冲蚀；分离涡模拟；涡旋；数值模拟中图分类号：TE52 文献标志码：A 文章编号：1672-7207（2023）04-1500-18Optimization design and vortex characteristics analysis ofswirling cavitating nozzleWU Xiaoya 1, ZHANG Yiqun 2, 3, ZHAO Shuai 2, LI Gensheng 1, 3(1. College of Petroleum Engineering, China University of Petroleum-Beijing, Beijing 102249, China;2. College of Safety and Ocean Engineering, China University of Petroleum-Beijing, Beijing 102249 China;3. State Key Laboratory of Natural Gas Hydrate, China University of Petroleum-Beijing, Beijing 102249, China)Abstract: In order to improve the efficiency of waterjet breaking and extracting natural gas hydrate(NGH), a swirling cavitating jet nozzle was designed. The effects of number and angle of impellers, inlet velocity and outlet confining pressure on the characteristics of swirling cavitating jet were investigated based on computational fluid dynamics(CFD). The flow field and vortex characteristics of swirling cavitating jet and convergent-divergent cavitating jet were compared and analyzed. The results show that the influence of impeller angle on swirling收稿日期： 2022 −06 −13； 修回日期： 2022 −07 −30基金项目(Foundation item)：国家自然科学基金资助项目(51827804，52174009，U20B6005) (Projects(51827804, 52174009,U20B6005) supported by the National Natural Science Foundation of China)通信作者：张逸群，博士，教授，从事高压射流完井增产理论与技术研究；E-mail ：***************.cnDOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.04.027引用格式： 武晓亚, 张逸群, 赵帅, 等. 旋转空化喷嘴结构优化设计及涡旋特性分析[J]. 中南大学学报(自然科学版), 2023, 54(4): 1500−1517.Citation: WU Xiaoya, ZHANG Yiqun, ZHAO Shuai, et al. Optimization design and vortex characteristics analysis of swirling cavitating nozzle[J]. Journal of Central South University(Science and Technology), 2023, 54(4): 1500−1517.第 4 期武晓亚，等：旋转空化喷嘴结构优化设计及涡旋特性分析cavitating jet is stronger than that of the number of impellers, and the optimization values of the number and angle of impellers are 3 and 360°, respectively. Under the condition of constant nozzle structure parameters, the swirling cavitating jet with stronger cavitation and jet erosion ability can be obtained by increasing the inlet velocity, while the increase of confining pressure will weaken the initiation and development of cavitation cloud in the flow field.With the characteristics of forward impact, radial tension, circumferential shear and "shuttle" cavitation cloud, the swirling cavitating jet has better rock breaking effect than the convergent-divergent cavitating jet. The cooperation of central vortex developed by impeller swirling effect makes the vortex structure of swirling cavitating jet more abundant, and the "negative pressure" area is easier to form in the flow field to improve the cavitation erosion capacity of the jet.Key words: swirling cavitating jet; gas hydrate; jet erosion; detached eddy simulation; vortex; numerical simulation天然气水合物是由天然气和水分子在高压低温条件下生成的似冰状结晶化合物，具有能量密度高、储量丰富、环保无污染等特点[1−3]。
旋转喷头喷射外流场计算流体力学仿真分析
１ 核心 段 ；一 基 本段 ；一 发 散 段 一 ２ ３
蜘
宽
Ｃｌ ａ ｉ ｏｒｄ ｅ ｎ ｎｇ Ｗ ｌ
清 洗世界
第 ２ 卷第５ ７ 期
２ １ ５ １ 年 月 ０
文 章 编 号 ：６ １ ８ ０ （ ０ １ ０ ０ １ ０ １７ — ９ ９ ２ １ ）５— ０ ５— ５
旋 转 喷 头 喷 射 外 流 场 计 算 流 体 力 学 仿 真 分 析
相 分布等微观 信息 ， 而获得 旋转喷 头打击分布 规律 ， 从 为进 一 步 开展 旋 转喷 头喷 射性 能 的试 验 研 究提供 了参考数据 。
关键 词 ： 转喷 头； 旋 水射流 ； 算机应 用 ； 计 仿真 ； 分析
中图分类号 ： Ｂ ９ Ｔ ４０ 文献标识 码 ： Ａ
Ｒｏ ａ ｉ ｇ ｎ ｚ ｌ ｕ ｆｏ ｆｅ ｄ ｃ ｍ ｐ ａ ｉ ｎａ ｔ ｔｎ ｏ ｚ ｅ ｏ ｔ ｗ ｌ ｏ ｌ ｉ ｕｔ ｔｏ ｌ ｌ ｉ ｙ ａ ｃ ｉ ｌ ｔｏ ｎａ ｙ ｉ ｆｕ ｄ ｄ ｎ ｍ ｉ ｓ ｓｍ ｕ ａ ｉ ｎ ａ ｌ ｓｓ
大致 可分为 三段 ， 图 ２所示 。 如
和压 力场 ， 有 限个离 散 点 上 的变 量 值 的集 合 来 代 用 替 ， 过一定 的原 则 和方 式 建 立起 关 于 这些 离 散 点 通 上场 变量之 间关 系 的代 数 方程 组 ， 后 求解 代 数 方 然
程组 获得场变 量 的近 似值 ｊ 。 用 Ｃ Ｄ方法 研 究 流体 的流 动 问题 降 低 了实 验 Ｆ
Ａｂｓｒ ｃ ： ｅ ｒｉｌ ｉ ｔｏ ｕｃ ｓ ｄ ｏｏ ｉ ａ ｔ ｅ ｒ ａ ｄ ａ ｉ ｓｅ ｓ ｏ ｕ ａｉｎ ｌ ｌｕ ｄ ｙ ａ ｃ ｔ ａ ｔ Ｔｈ ａ ｔｃｅ ｎ ｒｄ ｅ ｉ ｅ ｌｇｃ ｌ ｈ ｏｙ ｎ ｂ ｓｃ ｔｐ ｃ ｍｐ ｔｔｏ ａ ｆ ｉ ｄ ｎ ｍｉｓ
旋流式喷嘴内流场的数值模拟_徐刚
研究与探索旋流式喷嘴内流场的数值模拟徐 刚,吴伟亮(上海交通大学,上海200240)摘 要:基于单流体模型,建立了旋流式喷嘴内流场的数学模型,应用V OF方法捕获气液分界面进行数值计算,模拟喷嘴出口处空气锥形状和气液分界面,得到了一组流量与喷嘴工作压降的关系曲线,其结果与前人的经验相符合。
关键词:单流体模型;旋流式喷嘴;数值计算中图分类号:T K16 文献标识码:A 文章编号:1005 7439(2008)03 0129 04Numerical Simulation of Internal Flow Field in Swirl AtomizationXU Gang,WU Wei Liang(Shang hai Jiaot ong U niv ersity,Shang hai200240,China)Abstract:N umer ical simulation of t he inter nal flo w in a sw ir l ato mization was car ried o ut by using the single fluid model,in w hich the g as liquid int erface was distinguished by g as liquid mix tur e fractio n.T he st ruct ur e o f the flow field,which co nsists of liquid film and g as co re,w as obtained.Flux pressur e curve was predicted,w hich show goo d ag reement w ith for mer research.Keywords:Sing le fluid mo del;Sw ir l atom izer;N umerical calculatio n旋流式喷嘴是实现液体雾化的有效途径之一,与气动式喷嘴相比,它因结构简单、动力消耗低和雾化效率高而被广泛应用于石油、化工、食品、环保及消防等行业。
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［ １ ２ ］廖华林 ， 李根生 ， 李 敬彬 ， 等． 径 向水 平钻 孔 直旋 混
合射流喷 嘴流 场特 性分 析 ［ Ｊ ］ ． 煤 炭 学报 ， ２ ０ １ ２ ， ３ ７
（ １ １ ） ： １ ８ ９ ５ — １ ９ ０ ０ ．
［ １ ６ ］孙斌 ， 许安俊． 高压 止 回阀断 裂失效 分析 ［ Ｊ ］ ． 压力
效评定 曲线 的影 响研究 ［ Ｊ ］ ． 压力容 器 ， ２ ０ １ ４， １ （ ５ ） ：
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流量 的增 大而 增 大 ， 而 吸水 管滤 网下 缘 与 井 底 的 距离 、 吸水 管滤 网 中心 线 与矿 井 内壁 的距 离 随 着 流量 的增 大变 化较 小 ， 由此 也 可 以推 断 出其 他 非 标 流量 下 的吸人 条件 。
８ ８ ．
件 的确定提供了理论依据和技术支持 ， 具有很好
的借鉴 作用 ； 而 且 可继 续 推 广 到 多 台潜水 泵 同 时
工 作 卧式安 装 的情况 。
参 考 文 献
［ １ ２ ］缪德 良， 张如平 ． 有 无冷 却水 冲洗对 热水 泵 口环 变
形 的影响分析 ［ Ｊ ］ ． 流体机械 ， ２ ０ １ ４ ， ４ １ （ ４ ） ： ３ ０ ． ３ ３ ．
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５ 结 语
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离、 错 位 安装 时 吸水 管 过 滤 网 的 高度 差 要 求 随 着
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流体Leabharlann 机械 ４ １
根据数值分析 的结果得到了 ２台泵立式安装 时 的最小 吸人 条 件 ， 解 决 了 由于 国标 中尺 寸 模 糊
且范 围较 大 的问题 。而且 可 以看 出平 行安装 与 错 位安装 时 的 ２台泵 吸水管 过滤 网中心线 之 间的距
向、 双 向流 固耦合数值 的分析 比较 研究 ［ Ｊ ］ ． 机 电工
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借 助计 算 流体力 学 的方法 对井 内两 台潜 水泵 同时工 作 时 的外 部 流场 进 行 了 数值 模 型 ， 能够 直 观地模 拟 不 同流 量 下 的速 度分 布 ， 从计 算 结 果来 看， 数值 模 拟方 法 为 实施 安 装 多 台潜 水 泵 吸 入条
发展趋势 ［ Ｊ ］ ． 排灌机械 ， ２ ０ ０ ９， ２ ７ （ １ ） ： ６ ４ ７ ． 我 国水泵发展现状和节能 的技 术途径 ［ Ｊ ］ ． ［ ２ ］ 渠时远 ．
通用机械 ， ２ ０ １ １ （ ６ ） ： １ ４ － ２ ０ ．
三维紊流数 值模 拟 ［ Ｊ ］ ． 江 苏大 学学 报 （ 自然 科学
（ ２ ） ： １ ５ — １ ６ ．
作者简 介： 金雷 （ １ ９ ６ ９一 ） ， 男， 高级工程师 ， 主要从事潜水泵 、 电机 方面的科研 工作 ， 通 讯地 址 ： ２ ３ １ １ ３ １ １ 安 徽合 肥市 长丰 双凤
经 济 开 发 区金 沪路 ２号 。
Ｂ ５ ０ ４ ５ １ — ２ ０ ０ ８ ， 煤 矿井 下排 水泵站及 排水 管路设 计 ［ ５ ］ Ｇ 规范 ［ Ｓ ］ ．