利用自激振荡脉冲特性实现双腔室射流喷嘴的超微雾化机理

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51405352
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0506.机械设计学
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2017-12-31

项目摘要

Spray removing dust is one of the effective ways to reduce PM2.5, PM10 of fog and haze, how to achieve spraying fluid efficient atomization in the low energy consumption is a great difficult problem urgently resolved. It is found that the injection peak pressure of the self excited oscillation pulsed jet is increased by 10%-15% higher than the traditional injection pressure because of the special chamber and the specific boundary conditions of the nozzle. Based on that, the research ideas have been innovatively proposed by using self-excited oscillation pulsed characteristics to realize fluid ultramicro atomization. The resonance effects, cavitation phenomenon and pneumatic atomization generated during the pulsed jet as the main factors are studied and at that time the internal function and rules that using the self-excited oscillation pulsed characteristics to improve jet atomization effects are analyzed deeply; on this basis, the double-chamber jet nozzle is designed, the spraying dynamics models are established and numerically solved, after that, experimental chamber structure parameters are optimized by the artificial neural network algorithm; Combined with the calculation results, the experiments of self-excited oscillation pulsed jet continuous spraying and flow characteristics spraying are carried out under the multi-factor coupling, and the calculated prediction models between the dimensionless structure parameters of the chamber and the average particle size of the ultramicro droplets is built. The findings of the research will lay the theoretical foundations for riching fluid ultramicro spraying technology, and provide the scientific references for design theory and method of novel spraying equipments in the practical application. It is of great significance to build energy efficient and environment-protecting society in our country.
喷雾抑尘是降低雾霾PM2.5、PM10的有效途径之一,如何实现喷射流体的低能耗高效雾化是其中急需解决的重大难题。研究发现:自激振荡脉冲射流依靠喷嘴自身特殊腔室和特定边界条件使喷射脉冲峰值压力比传统喷射压力增大10%-15%。基于此,本项目创新性地提出利用自激振荡脉冲特性实现流体超微雾化的研究思路。拟从射流产生的共振效应、空化现象和气动雾化等主要因素展开研究,深入分析利用自激振荡脉冲特性提高射流雾化效果的内在作用与规律;在此基础上,设计双腔室射流喷嘴并建立其喷雾动力学模型进行数值求解,利用人工神经网络算法进行实验用腔室结构参数优化;结合计算结果,完成多因素耦合下脉冲射流连续性喷雾和流场特性喷雾实验,构建腔室无量纲结构参数与超微雾滴平均粒径的计算预测模型。项目研究将对丰富流体超微喷雾技术奠定理论基础,并为实际应用中新型喷雾装备设计理论及方法提供科学依据,对我国建立节能型、环保型社会有重要意义。

结项摘要

项目融合当前利用喷雾抑尘技术降低PM2.5、PM10相关研究的热点和难点,对影响射流超微雾化效果的自激振荡脉冲特性主要因素、自激振荡脉冲射流喷嘴设计与计算流体动力学建模、多因素耦合下自激振荡脉冲射流喷雾特性三个方面进行探讨。主要研究工作包括:.(1)分析了射流来流速度和脉动压力对自激振荡脉冲喷嘴出口流道空化效应的影响,提出利用来流雷诺数和脉动特征值表征喷嘴出口流道空化程度,得到了喷嘴出口流道较好空化状态的来流雷诺数和喷嘴腔室长径比;根据空化泡和涡结构的状态本质,提出了空化云新定义,分析了空化云在自激振荡脉冲腔室单个周期内的演变过程和形态。.(2)依据涡环在自激振荡腔室内的蓄能及释能状态,分析了自激振荡脉冲涡量助推效应。利用大涡模拟数值计算方法,分析了入口压力为1MPa时自激振荡瞬时涡量初生时刻扰动变化、一个脉动周期内瞬时流向涡量变化和自激振荡腔室下游出口流道流速变化规律。.(3)提出一种考虑剪切应力和由湍动能产生的压力脉动对空化初生影响的修正空化模型,并对不同压力工况下的空化初生能力进行了研究;推导并联式自激振荡喷嘴的固有频率和系统频率方程,分析了并联式自激振荡脉冲喷嘴的频率特性。.(4)提出基于空化汽囊能量最大化的雾化喷嘴腔室壁面结构设计方法,利用Bezier曲线重构了腔室壁面四角过渡形状,设计了次生涡衰减的新型雾化喷嘴自激振荡腔室壁面结构;采用中心复合实验方法进行试验设计,通过响应面法建立喷嘴近嘴区初次雾化的近似数学模型,结合NSGA-II遗传算法和灰色理论进行了喷嘴结构参数多目标优化设计。.(5)基于多相流模型,计算得到了振荡周期100ms内自激振荡脉冲射流的空化泡破碎、腔室内多相分布、湍动能分布和速度分布等数值计算结果;使用DPM模型和Rosin-Rammler分布,获得了新型喷嘴结构雾化效果在20μm-50μm的雾滴比例。.项目研究将对丰富流体超微喷雾技术奠定理论基础,并为实际应用中新型喷雾装备设计理论及方法提供科学依据,对我国建立节能型、环保型社会有重要意义。

项目成果

期刊论文数量(11)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(2)
专利数量(4)
利用压力损失补偿方法提高气力提升装置性能研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    机械科学与技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    汪朝晖;杨霄;高全杰
  • 通讯作者:
    高全杰
自激振荡脉冲雾化喷嘴的空化特性研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    机械设计与制造
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    高全杰;洪守胜;汪朝晖;胡亚男
  • 通讯作者:
    胡亚男
The spraying field characteristics and distribution of deposition of droplets of electrostatic oiler
静电涂油机喷涂场特征及雾滴沉积分布
  • DOI:
    10.5897/jetr2016.0596
  • 发表时间:
    2016-08
  • 期刊:
    Journal of Engineering and Technology Research
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Wang Zhaohui;Wang Faping;Fan Jiarong
  • 通讯作者:
    Fan Jiarong
Self-excited oscillation Frequency Characteristics of a Paralleled pulsed jet nozzle
并联脉冲喷嘴自激振荡频率特性
  • DOI:
    10.1016/j.egypro.2017.11.082
  • 发表时间:
    2017-12
  • 期刊:
    Energy Procedia
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Fan Jiarong;Wang Zhaohui;Chen Si
  • 通讯作者:
    Chen Si
自激振荡脉冲喷嘴空化效应及其射流形态的数值分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    中国机械工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    汪朝晖;胡亚男;饶长健;邓晓刚
  • 通讯作者:
    邓晓刚

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其他文献

ECTFE 膜性能对盐水精制过程的影响
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  • 发表时间:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
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基于剪切涡流运动的自激振荡脉冲射流减阻特性
  • DOI:
    10.3901/jme.2020.04.076
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
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    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    高全杰
导热增强型 PVDF 膜及其膜冷凝过程强化
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    崔朝亮
内置扰流柱的人字形板式换热器的数值模拟
  • DOI:
    10.13433/j.cnki.1003-8728.20200300
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    机械科学与技术
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  • 作者:
    刘凯;付婷;曾良才;汪朝晖
  • 通讯作者:
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心阳片抑制MLK3/JNK/p53介导的心肌细胞铁死亡抗慢性心力衰竭的作用及机制研究
  • DOI:
    --
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    2020
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王俊岩;黄育生;刘青;周政;邓波;汪朝晖;王陵军;冼绍祥
  • 通讯作者:
    冼绍祥

其他文献

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汪朝晖的其他基金

自激振荡多尺度瞬时涡量脉动强化传热机理及热流道设计方法研究
  • 批准号:
    51875419
  • 批准年份:
    2018
  • 资助金额:
    60.0 万元
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    面上项目

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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