气液旋转流场中曲面壁面上液膜破碎行为研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51876127
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    57.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0605.多相流热物理学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The liquid film on the circular wall of gas-liquid vane-type separators is unstable due to the shear effect of the swirling gas and impact of the liquid droplets. Droplet entrainment happens, which results in significant decrease of separation efficiency and is challenging for the designers. Reports on the stability and broken-up behavior of the liquid film on the curved wall of channels whose main steam is swirling, are rare. Therefore, in present study, the behaviors of the liquid film on curved wall are investigated. A transparent typical swirling channels representing the channels inside separator is developed with air-water as the working fluid. The velocity of air inside the test section are measured by Laser Doppler Velocimetry (LDV), while the behavior of the liquid film on the curved wall are recorded by high speed camera. Meanwhile, the thickness of the film on the curved wall is measured by two-parallel electronic conductance probes. The typical dynamic features of the liquid film and droplets are obtained, for example, film cavitation, droplet bouncing, droplet spreading and droplet splashing. The region for every typical features are specified. By using proper turbulent model and liquid-gas interface capturing method, numerical simulation for typical dynamic behavior of the liquid film on curved wall, swirling gas stream and droplets are carried out. Thereby, detailed velocity and phase distribution are obtained and analyzed. Moreover, the forces on the liquid film on curved wall and droplets are analyzed. The key non-dimensional parameters and inception criterion for the stability and broken-up behavior of the film on curved wall are deducted. The non-dimensional inception criterion of droplet entrainment is developed with the assistance of the force balance analysis. The size of the new born droplets will be recorded by high speed camera. The size and the amount of new born droplets will be correlated to non-dimensional parameters. These correlations with the droplet entrainment criterion could be used for developing models for predicting the film thickness and separation performance of the swirl-vane separator. Through these work, the mechanism of film broken-up and droplet entrainment for films on curved wall with a swirling main stream is obtained and the correlations could be used for developing the models for the analysis of the performance of gas-liquid vane-type separator.
气液旋叶分离器筒体圆形壁面的液膜在旋转气体剪切和液滴撞击下极易发生破裂,造成液滴二次夹带的现象,导致分离性能急剧下降,是气液旋叶分离器设计的主要挑战之一。目前针对旋转流场中曲面壁面液膜行为的研究匮乏。本项目以在旋转气流与液滴碰撞作用下曲面壁面液膜破碎行为为对象开展研究,构建典型旋转通道可视化实验模型,采用激光多普勒测速、可视化高速摄像和平行电导探针测量技术,获得旋转气流和液滴作用下曲面壁面液膜凹陷、液滴反弹、液滴延展、液滴飞溅等典型现象及分区边界,遴选恰当的湍流模型和气液界面捕捉模型对典型现象展开CFD数值模拟,获得典型现象详尽的速度场和相分布。进一步开展液膜理论动力学分析,推导表征曲面液膜稳定性和液膜破碎的无量纲准则数,建立典型现象分区的无量纲准则边界和二次液滴粒径、夹带量的无量纲关系式。本研究揭示旋转流场中曲面壁面液膜破碎液滴夹带的机理,为旋叶分离器内气液分离分析提供理论基础。

结项摘要

气液旋叶分离器筒体圆形壁面的液膜在旋转气体剪切和液滴撞击下极易发生破裂,造成液滴二次夹带的现象,导致分离性能急剧下降,是气液旋叶分离器设计的主要挑战之一。本项目针对对气液旋转流场中旋转气流或液滴碰撞作用下曲面壁面液滴飞溅和液膜破碎现象展开实验、动力学理论分析和数值模拟研究。通过液滴撞击干湿壁面可视化试验和小液量旋流作用液膜破碎可视化实验方法发现旋转气流充分发展区液膜不稳定主要存在丝带式破碎和液滴撞击湿壁的飞溅两种机制,旋转气流发展区主要存在壁面液膜不稳定主要是袋式破碎和丝带式破碎两种机制,而液滴撞击存在多种方向的铺展破碎行为,液滴撞击倾斜微针湿表面能够抑制液滴飞溅。通过图片提取技术获得了破碎飞溅形成二次液滴的粒径和破碎边界数据,结合旋流液膜力平衡分析获得液滴飞溅发生边界,形成现象分区特别是破碎发生无量纲准则边界,建立描述二次液滴夹带量和二次液滴粒径分布特性关系式。同时建立了采用单相表面自由能模型模拟气液界面和考虑重力、离心力的Guo外力模型形成适用模拟旋流中旋流液滴撞击液膜的格子玻尔兹曼模型,结合CFD数值模拟方法,获得液滴撞击液膜的精细特征以及旋气流详细的速度场和相分布信息。进一步基于试验和CFD数值模拟获得的旋叶下游气相场具有的双向涡特征,构造布拉格-霍桑方程(BHE)方程流函数实现旋叶下游双向涡气相流场的理论求解,通过离散液滴粒子受力模型获得液滴轨迹,并结合液膜破碎液滴夹带临界边界关系式和夹带量关系式,构建具有液滴夹带效应的旋叶分离器分离性能预测模型。通过考虑液滴夹带效应。本课题开展有助于深入认识旋气流和液滴撞击作用下液膜行为特征,揭示了旋转流场中曲面壁面液膜破碎机理,阐明影响旋流液滴夹带和气液分离主要机制,建立了液膜破碎液滴飞溅边界和粒径关系式,开发了双向涡特征和具有液滴夹带效应的分离器性能预测模型,为旋叶分离器内气液分离分析和分离器优化提供理论基础和分析工具。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(6)
专利数量(2)
旋叶分离器分区域疏水性能研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    原子能科学技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王泽隆;李亚洲;熊珍琴;顾汉洋
  • 通讯作者:
    顾汉洋
Separation efficiency theoretical model of swirl-vane separator based on bidirectional vortex
基于双向涡流的旋流叶片分离器分离效率理论模型
  • DOI:
    10.1016/j.anucene.2022.108984
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Annals of Nuclear Energy
  • 影响因子:
    1.9
  • 作者:
    Ouyang Shuo;Xiong Zhenqin;Zhao Jiyun;Kang Ruiqi
  • 通讯作者:
    Kang Ruiqi
疏水孔对旋叶分离器分离效率影响研究
  • DOI:
    10.13832/j.jnpe.2020.04.0070
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    核动力工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    徐晗;路铭超;熊珍琴;祖洪彪;顾汉洋;谢永诚
  • 通讯作者:
    谢永诚
非能动余热排出热交换器半液位换热性能研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    原子能科学技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘京;叶成;熊珍琴;陶家琪;顾汉洋;蒋兴;谢永诚
  • 通讯作者:
    谢永诚
Droplet impact on a concave wall in a rotating gas flow field
旋转气流场中液滴对凹壁的冲击
  • DOI:
    10.1016/j.icheatmasstransfer.2022.106131
  • 发表时间:
    2022-06
  • 期刊:
    International Communications in Heat and Mass Transfer
  • 影响因子:
    7
  • 作者:
    Shuo Ouyang;Zhenqin Xiong;Jiyun Zhao;Zhen Li
  • 通讯作者:
    Zhen Li

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其他文献

気液二相流解析のための格子-粒子ハイ ブリッド法の研究
气液两相流分析网格-粒子混合方法研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2011
  • 期刊:
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    石 渡 祐 樹 ;吉村高紀;川上俊弘;熊珍琴
  • 通讯作者:
    熊珍琴
以R134a为工质的乏燃料池非能动冷却热管实验研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    原子能科学技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    熊珍琴;顾汉洋;叶成;程旭
  • 通讯作者:
    程旭

其他文献

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熊珍琴的其他基金

超临界流体并联管流动不稳定性及传热特性研究
  • 批准号:
    51206106
  • 批准年份:
    2012
  • 资助金额:
    25.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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