王悅李偉鋒施浙杭2)劉海峰王輔臣

1)(華東理工大學(xué),煤氣化及能源化工教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海 200237)

2)(華東理工大學(xué),上海煤氣化工程技術(shù)研究中心,上海 200237)

1 引 言

自1961年前蘇聯(lián)科學(xué)家Elperin提出撞擊流的概念之后,眾多學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了大量的研究.因其獨(dú)特的相間傳遞特性,氣固兩相撞擊流已被廣泛應(yīng)用于干燥、氣化、燃燒、混合[1?3]等工業(yè)過(guò)程中,得到了眾多學(xué)者的關(guān)注和研究.因此對(duì)氣固撞擊流進(jìn)行深入研究,考察各種因素對(duì)氣固撞擊流流動(dòng)形態(tài)的影響以及揭示撞擊區(qū)顆粒運(yùn)動(dòng)特征具有重要的學(xué)術(shù)意義以及工業(yè)前景.

迄今為止,已有較多學(xué)者對(duì)稀疏氣固撞擊流進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和模擬研究.劉紅娟等[4]基于玻爾茲曼方法對(duì)稀疏氣固兩相撞擊流中單顆粒運(yùn)動(dòng)行為進(jìn)行了模擬.孫志剛等[5,6]采用高速攝像儀和PV6D型顆粒測(cè)速儀分別研究了單顆粒在撞擊流中的運(yùn)動(dòng)特征和稀疏氣固兩相撞擊流的流動(dòng)特征.Xu等[7]應(yīng)用基于顆粒流動(dòng)力學(xué)的歐拉-歐拉方法模擬了氣固平面撞擊流,觀察到了撞擊面的周期性偏轉(zhuǎn)振蕩現(xiàn)象,研究發(fā)現(xiàn)噴嘴間距、初始射流雷諾數(shù)和顆粒粒徑對(duì)振蕩周期影響較大.一些學(xué)者還利用DSMC(direct simulation Monte Carlo method)模擬對(duì)稀疏氣固撞擊流進(jìn)行了研究.Du等[8,9]通過(guò)改進(jìn)的DSMC方法對(duì)稀疏氣固撞擊流進(jìn)行了模擬,結(jié)果發(fā)現(xiàn)可將其分為三個(gè)區(qū)域:顆粒碰撞區(qū)、顆粒射流區(qū)以及顆粒散射區(qū).Liu等[10]在考慮顆粒自身旋轉(zhuǎn)和碰撞的前提下,采用基于三維的歐拉-拉格朗日方法的DSMC模擬對(duì)稀疏氣固撞擊流的流動(dòng)特性進(jìn)行了研究.但是與稀疏氣固兩相撞擊流相比,稠密氣固撞擊流的相關(guān)研究非常有限.

一些學(xué)者對(duì)稠密顆粒射流撞壁進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)稠密顆粒射流撞壁會(huì)形成類液體顆粒膜形態(tài).Cheng等[11]通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn):當(dāng)稠密顆粒射流撞擊有限尺寸壁面時(shí),會(huì)形成僅有幾個(gè)顆粒厚度的類液體顆粒膜,而隨著顆粒射流內(nèi)顆粒數(shù)量的減少,其撞擊形態(tài)由顆粒膜轉(zhuǎn)變?yōu)樯⑸湫螒B(tài).Cheng等[12]還以顆粒流射流通過(guò)非圓形截面驗(yàn)證了顆粒膜的各向異性.Johnson和Gray[13]使用實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬手段對(duì)稠密顆粒射流撞擊傾斜平板進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)撞擊后會(huì)形成月桂形的“水躍”現(xiàn)象.Boudet等[14,15]研究了稠密顆粒射流撞擊無(wú)限大壁面時(shí)顆粒膜波紋結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生和傳播過(guò)程,發(fā)現(xiàn)顆粒膜上波紋的形成受到顆粒與平板之間摩擦力的影響.最近,本課題組也對(duì)稠密顆粒射流撞擊圓形壁面進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究[16?18],發(fā)現(xiàn)稠密顆粒射流撞擊壁面后會(huì)呈現(xiàn)顆粒膜與散射形態(tài),其形態(tài)主要受D/d(D為噴嘴直徑,d為顆粒粒徑)與顆粒射流含固率的影響,同時(shí)在顆粒膜表面上可以觀察到明顯的波紋結(jié)構(gòu),形成表面波紋主要是因?yàn)轭w粒射流在氣固相互作用下變得不穩(wěn)定.

目前為止,僅有的對(duì)稠密顆粒撞擊流的研究均為實(shí)驗(yàn)?zāi)M.Huang等[19]在對(duì)撞壁流進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上,采用離散單元法對(duì)兩股對(duì)置稠密顆粒射流撞擊進(jìn)行了初步模擬.結(jié)果表明,稠密顆粒射流對(duì)置撞擊后的運(yùn)動(dòng)形態(tài)與d/Djet(d為顆粒粒徑,Djet為射流直徑)、法向彈性系數(shù)和撞擊間距有關(guān).在特定的撞擊間距下,兩股顆粒射流對(duì)置撞擊形成顆粒膜.Ge等[20]采用能量最小多尺度模型(EMMS)模擬了兩股顆粒射流傾斜撞擊,結(jié)果表明,在質(zhì)量流量相同的情況下,撞擊后顆粒會(huì)發(fā)生振蕩.O’Rourke和Snider[21]采用基于MPPIC(multiphase-particle-in-cell)方法的修正BGK(Bhatnagar,Gross,and Krook)顆粒碰撞模型對(duì)稠密顆粒射流傾斜撞擊進(jìn)行數(shù)值模擬,發(fā)現(xiàn)當(dāng)不考慮顆粒間的碰撞作用時(shí),兩股稠密顆粒射流傾斜撞擊的流股相互交叉流過(guò);考慮顆粒間碰撞阻尼作用時(shí),兩股顆粒射流發(fā)生彎曲;當(dāng)同時(shí)考慮碰撞阻尼和各向異性作用時(shí),撞擊后的顆粒發(fā)生散射.Ellowitz[22]觀察到稠密顆粒對(duì)置撞擊表現(xiàn)出的類流體現(xiàn)象之后,為了研究二者相似的原因,采用離散單元法進(jìn)行了模擬.結(jié)果表明,兩股稠密顆粒射流撞擊之后會(huì)產(chǎn)生駐點(diǎn)振蕩現(xiàn)象,撞擊形態(tài)與顆粒本身性質(zhì)無(wú)關(guān).值得注意的是,上述模擬結(jié)果尚無(wú)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證,因此非常有必要對(duì)稠密顆粒射流撞擊進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究.

本文以華東理工大學(xué)多噴嘴對(duì)置式氣化爐為研究背景,采用高速攝像儀和圖像處理軟件對(duì)稠密顆粒射流傾斜撞擊過(guò)程進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,考察了顆粒粒徑、射流速度以及含固率等因素對(duì)類液體顆粒膜形態(tài)的影響.本文旨在揭示稠密顆粒射流傾斜撞擊過(guò)程中類流體結(jié)構(gòu)及其形成機(jī)理,為工業(yè)應(yīng)用中廣泛出現(xiàn)的稠密顆粒射流撞擊流提供理論依據(jù).

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 實(shí)驗(yàn)裝置及流程

稠密顆粒射流傾斜撞擊實(shí)驗(yàn)裝置和流程如圖1所示,實(shí)驗(yàn)在常溫下進(jìn)行,密閉儲(chǔ)料罐內(nèi)的玻璃微珠在鋼瓶中高壓空氣的推動(dòng)作用下,從兩個(gè)間隔一定間距、呈一定角度的噴嘴中噴出,形成兩股稠密顆粒射流,然后撞擊形成稠密顆粒撞擊流.通過(guò)調(diào)節(jié)儲(chǔ)料罐內(nèi)的空氣壓力可以改變噴嘴出口質(zhì)量流量.如圖1(a)和圖1(b)所示,金屬噴嘴出口直徑D=3 mm,兩噴嘴出口夾角2θ為60?,撞擊間距L/D=3(L為兩噴嘴中心點(diǎn)直線距離).顆粒為玻璃微珠,密度ρp=2490 kg/m3,粒徑Dp=82,122,184和246μm.實(shí)驗(yàn)中,采用FASTCAM APX-RS型高速攝像儀,在1300 W的鹵素聚光燈的照射下,分別從側(cè)面(yox平面)和正面(yoz平面)對(duì)顆粒撞擊區(qū)的流場(chǎng)形態(tài)進(jìn)行拍攝,拍攝的快門速度為1000 fps或3000 fps,曝光時(shí)間為1/8000 s,拍攝圖片分辨率為1024×1024.

定義噴嘴出口處顆粒射流含固率:

其中u0為噴嘴出口截面平均速度(m/s);mp為噴嘴出口質(zhì)量流量(kg/s);ρp為顆粒密度(kg/m3);A為噴嘴出口截面積(m2),可通過(guò)上述含固率的計(jì)算公式得到不同工況下稠密顆粒射流的含固率值.實(shí)驗(yàn)中對(duì)不同顆粒粒徑含固率隨顆粒射流速度的變化規(guī)律進(jìn)行了測(cè)量,結(jié)果如圖2所示.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,相同顆粒射流速度下,稠密顆粒射流含固率隨顆粒粒徑的增大而減小.

實(shí)驗(yàn)中采用PV6D型顆粒速度測(cè)量?jī)x對(duì)稠密顆粒射流在噴嘴出口的截面平均速度(u0)進(jìn)行測(cè)量,通過(guò)計(jì)算兩通道信號(hào)互相關(guān)函數(shù)來(lái)測(cè)量顆粒運(yùn)動(dòng)速度.互相關(guān)函數(shù)曲線最大值處的延遲時(shí)間為τ,為被測(cè)稠密顆粒射流通過(guò)某一個(gè)固定距離l=2.1 mm的時(shí)間,通過(guò)V=l/τ可得顆粒在這段距離內(nèi)的平均運(yùn)動(dòng)速度,實(shí)驗(yàn)中測(cè)量次數(shù)不小于20次,測(cè)量誤差小于5%.圖1(b)為稠密顆粒射流傾斜撞擊中顆粒膜上波紋傳播過(guò)程的示意圖.在正面示意圖(yoz平面)中,通過(guò)跟蹤單位時(shí)間內(nèi)波峰的位移可得該位置處的波紋傳播速度us;通過(guò)跟蹤10個(gè)表面波紋的波峰經(jīng)過(guò)同一位置處的時(shí)間,然后同一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)測(cè)量10次取平均值,則可得到表面波紋傳播頻率fs;顆粒膜在沿y軸正方向上兩相鄰波峰間的距離為波長(zhǎng)λs.通過(guò)測(cè)量500張疊加的正面和側(cè)面圖片中顆粒膜形成的角度可分別得到正面擴(kuò)展角(α)與側(cè)面擴(kuò)展角(β).在側(cè)面示意圖(yox平面)中,定義某位置處波峰的x坐標(biāo)值為顆粒膜振蕩幅度Ab;顆粒膜非軸對(duì)稱振蕩頻率fb的測(cè)量方法與表面波紋傳播頻率fs的測(cè)量方法相同.本文在處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí),同一數(shù)據(jù)點(diǎn)重復(fù)測(cè)量10次,10次測(cè)量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)方差在圖中用誤差棒表示.

圖1 稠密顆粒射流傾斜撞擊實(shí)驗(yàn)圖 (a)流程圖;(b)流場(chǎng)示意圖Fig.1.Sketch of the experimental setup of dense granular impinging jets:(a)Flow chart;(b)flow diagram.

圖2 不同顆粒粒徑含固率隨射流速度的變化Fig.2. Solid content of different particle diameter varies with granular jet velocity.

3 結(jié)果與討論

3.1 稠密顆粒射流傾斜撞擊運(yùn)動(dòng)特征

圖3為不同顆粒粒徑下稠密顆粒射流傾斜撞擊的可視化圖像.由圖3可知,稠密顆粒射流傾斜撞擊表現(xiàn)出兩種形態(tài):當(dāng)顆粒粒徑為82μm時(shí),撞擊后形成較平滑的顆粒膜形態(tài),與液膜類似;當(dāng)顆粒粒徑為246μm時(shí),撞擊后的許多顆粒沿軸向(x方向)運(yùn)動(dòng),呈現(xiàn)為散射形態(tài).這是因?yàn)殡S著顆粒粒徑的增大,顆粒射流含固率減小,單位體積內(nèi)所含顆粒數(shù)目減少,顆粒運(yùn)動(dòng)自由程增加,顆粒間碰撞概率減小,顆粒膜形態(tài)消失[12].

圖4(a)—(c)與圖4(d)—(f)分別為不同顆粒射流速度下的稠密顆粒射流傾斜撞擊側(cè)面與正面的可視化圖像.從圖4(a)—(c)可以看出,在顆粒射流速度較小時(shí),顆粒撞擊后呈現(xiàn)為豎直的顆粒膜形態(tài),幾乎穩(wěn)定在與兩射流垂直的平面內(nèi),不發(fā)生振蕩.隨著射流速度的增加,顆粒膜發(fā)生彎曲、擺動(dòng),呈現(xiàn)非軸對(duì)稱振蕩.如圖4(d)—(f)所示,在顆粒膜表面上可以觀察到明顯的波紋結(jié)構(gòu),由撞擊中心沿y軸正向發(fā)展.隨著射流速度的增大,由于顆粒膜發(fā)生非軸對(duì)稱振蕩,均勻分布的細(xì)小波紋逐漸演變?yōu)椴ㄩL(zhǎng)增大的顯著波紋.

圖3 稠密顆粒射流傾斜撞擊流動(dòng)模式可視化圖像 (a),(e)水,u0=1.46 m/s;(b),(f)Dp=82μm,u0=1.41 m/s,xp=0.32;(c),(g)Dp=122μm,u0=1.39 m/s,xp=0.23;(d),(h)Dp=246μm,u0=1.64 m/s,xp=0.13Fig.3.Flow regimes of dense granular impinging jets:(a),(e)Water,u0=1.46 m/s;(b),(f)Dp=82μm,u0=1.41 m/s,xp=0.32;(c),(g)Dp=122μm,u0=1.39 m/s,xp=0.23;(d),(h)Dp=246μm,u0=1.64 m/s,xp=0.13.

圖4 稠密顆粒射流傾斜撞擊振蕩模式可視化圖像(Dp=82μm) (a),(d)u0=1.41 m/s,xp=0.33;(b),(e)u0=3.62 m/s,xp=0.25;(c),(f)u0=7.43 m/s,xp=0.20Fig.4.Images of surface waves of dense granular impinging jets at Dp=82μm:(a),(d)u0=1.41 m/s,xp=0.33;(b),(e)u0=3.62 m/s,xp=0.25;(c),(f)u0=7.43 m/s,xp=0.20.

圖5為稠密顆粒射流傾斜撞擊顆粒膜正面與側(cè)面擴(kuò)展角的變化特征.結(jié)果顯示,隨著射流速度的增大,顆粒膜正面擴(kuò)展角先增大后減小,而側(cè)面擴(kuò)展角一直增大.將圖5與圖4進(jìn)行對(duì)比,可以發(fā)現(xiàn),顆粒膜正面擴(kuò)展角達(dá)到峰值時(shí)的速度與顆粒膜開始發(fā)生非軸對(duì)稱振蕩對(duì)應(yīng)的速度基本一致.當(dāng)顆粒膜發(fā)生非軸對(duì)稱振蕩時(shí),顆粒除了具有沿豎直方向(yoz平面)的分速度之外,x方向也存在分速度,因此正面擴(kuò)展角減小,側(cè)面擴(kuò)展角增大.從圖5中還可以看出,在相同射流速度下,顆粒膜正面擴(kuò)展角隨顆粒粒徑的減小而增大,側(cè)面擴(kuò)展角隨顆粒粒徑的變化不明顯.這是因?yàn)殡S著顆粒粒徑的增大,含固率降低,稠密顆粒射流撞擊形態(tài)由顆粒膜逐漸向散射形態(tài)轉(zhuǎn)變,顆粒也向x軸方向運(yùn)動(dòng),顆粒變得分散,正面擴(kuò)展角減小;對(duì)于側(cè)面擴(kuò)展角而言,改變顆粒粒徑對(duì)其擴(kuò)展角的影響不明顯,說(shuō)明射流速度對(duì)側(cè)面擴(kuò)展角的影響大于顆粒粒徑對(duì)其的影響.

圖5 擴(kuò)展角隨射流速度變化特征 (a)正面擴(kuò)展角;(b)側(cè)面擴(kuò)展角Fig.5.Variation of opening angles with velocities from the front view(a)and the side view(b).

3.2 稠密顆粒射流傾斜撞擊顆粒膜動(dòng)態(tài)特征及影響因素

從圖4(a)—(c)中可以看出,顆粒膜非軸對(duì)稱振蕩由撞擊點(diǎn)處產(chǎn)生,沿著y軸距離的增大,其振幅逐漸增大.在靠近撞擊點(diǎn)處,顆粒膜振幅較小,統(tǒng)計(jì)困難;在距離撞擊點(diǎn)較遠(yuǎn)處,顆粒膜上的顆粒發(fā)生散射,其振幅較難清晰分辨,統(tǒng)計(jì)誤差較大,因此選取y/D=4作為特征位置對(duì)顆粒膜的非軸對(duì)稱振蕩進(jìn)行表征.圖6為稠密顆粒射流傾斜撞擊顆粒膜側(cè)面y/D=4處的非軸對(duì)稱振蕩頻率和無(wú)量綱振蕩幅度(Ab/D)隨射流速度的變化特征.從圖6中可以看出,隨著射流速度的增加,顆粒膜振蕩頻率與無(wú)量綱振蕩幅度均增大;隨著顆粒粒徑的增大,顆粒膜非軸對(duì)稱振蕩頻率減小,無(wú)量綱振蕩幅度增大;顆粒膜進(jìn)行準(zhǔn)周期的非軸對(duì)稱振蕩.

圖6 y/D=4處顆粒膜振蕩頻率和無(wú)量綱振蕩幅度隨射流速度變化特征(a)振蕩頻率;(b)無(wú)量綱振蕩幅度Fig.6. Variation of oscillation amplitude and frequency with velocity at y/D=4:(a)Oscillation frequency;(b)non-dimensional oscillation amplitude.

圖7展示了顆粒膜表面波紋無(wú)量綱傳播速度沿徑向的變化特征.可以看出,稠密顆粒射流傾斜撞擊表面波紋的無(wú)量綱傳播速度沿y軸正向距離的增大而增大,并且顆粒膜表面波紋傳播速度與射流速度之比(us/u0)在0.7—0.9之間.這是因?yàn)樵诖怂俣?u0>3.62 m/s)下,顆粒膜發(fā)生非軸對(duì)稱振蕩,所測(cè)得的表面波紋速度為顆粒流在y方向的分速度,因此二者速度比小于1,而撞擊后在重力的加速作用下,表面波紋速度沿y軸正向距離增大.錢文偉等[16]發(fā)現(xiàn)稠密顆粒射流撞壁實(shí)驗(yàn)中表面波紋速度與射流速度之比約為0.4,這是由于撞壁過(guò)程中顆粒間非彈性碰撞更加頻繁,速度耗散較大,同時(shí)顆粒間基本無(wú)相互作用力,且波紋傳播方向與重力方向垂直,因此隨著徑向距離的增大,表面波紋速度基本保持不變.黃國(guó)鋒[23]發(fā)現(xiàn)液膜表面波紋的無(wú)因次傳播速度在0.7—0.9之間,呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢(shì).這是因?yàn)樽矒糁笠耗ぶ饕艿奖砻鎻埩Φ挠绊?表面張力促使液膜收縮,阻礙波紋傳播.

圖7 表面波紋無(wú)量綱速度沿y軸正向變化特征Fig.7.Variation of the non-dimensional velocity alongy direction.

由圖8(a)可以看出,稠密顆粒射流傾斜撞擊產(chǎn)生的表面波紋頻率隨徑向距離的增大而減小,相同位置處,射流速度越大,表面波紋頻率越大.與射流速度相比,顆粒粒徑對(duì)表面波紋頻率的影響不顯著.由圖8(b)可知,顆粒膜表面波紋的波長(zhǎng)隨徑向距離和射流速度的增大而增大.同時(shí)在顆粒膜表面波紋傳播過(guò)程中觀察到了顆粒膜波紋的疊加現(xiàn)象,并且波紋疊加現(xiàn)象在時(shí)間和空間位置上存在明顯的偶然性和隨機(jī)性,這與黃國(guó)鋒等[24]發(fā)現(xiàn)的液膜上波紋的融合現(xiàn)象相似.顆粒膜上波紋的運(yùn)動(dòng)屬于非穩(wěn)態(tài)運(yùn)動(dòng),波紋的運(yùn)動(dòng)速度存在瞬時(shí)波動(dòng)性,這是導(dǎo)致波紋疊加的主要原因.如圖9所示,該現(xiàn)象使得顆粒膜表面波紋頻率隨著徑向距離的增大而減小,波長(zhǎng)隨著徑向距離的增大而增大.

圖8 表面波紋頻率及無(wú)量綱波長(zhǎng)沿徑向變化特征 (a)表面波紋頻率;(b)無(wú)量綱波長(zhǎng)Fig.8.Variation of the frequency and non-dimensional wavelength of surface waves along radial direction:(a)Frequency of surface waves;(b)non-dimensional wavelength of surface waves.

圖9 Dp=82μm,u0=3.87 m/s,xp=0.25時(shí)顆粒膜表面波紋疊加過(guò)程Fig.9.Merging process of surface waves at Dp=82μm,u0=3.87 m/s,xp=0.25.

4 討 論

實(shí)驗(yàn)中,在噴嘴出口觀察到了明顯的射流不穩(wěn)定性現(xiàn)象,并且隨著儲(chǔ)料罐內(nèi)空氣壓力的增大,顆粒射流速度增大,氣固不穩(wěn)定增強(qiáng),射流不穩(wěn)定性也增強(qiáng).定義顆粒射流流量脈動(dòng)頻率fj為單位時(shí)間內(nèi)噴嘴出口處顆粒射流由于不穩(wěn)定性發(fā)生收縮或擺動(dòng)的次數(shù),如圖10所示,將噴嘴出口射流流量脈動(dòng)頻率與y/D=4處顆粒膜非軸對(duì)稱振蕩頻率進(jìn)行對(duì)比,發(fā)現(xiàn)fb/fj大約為1,表明由氣固不穩(wěn)定性引起的噴嘴出口射流脈動(dòng)是顆粒膜發(fā)生非軸對(duì)稱振蕩的關(guān)鍵因素.從圖10中可以看出,隨著射流速度的增大,氣固不穩(wěn)定性增強(qiáng),射流脈動(dòng)頻率逐漸增大,因此顆粒膜發(fā)生非軸對(duì)稱振蕩的頻率也增大.而在稠密顆粒射流撞擊圓形壁面的實(shí)驗(yàn)研究中,認(rèn)為顆粒膜上表面波紋的產(chǎn)生源于顆粒射流振蕩不穩(wěn)定性[18],其表面波紋頻率主要受到射流不穩(wěn)定頻率的影響.由圖8可知,顆粒膜表面波紋頻率大于射流流量脈動(dòng)頻率,因?yàn)轭w粒膜表面波紋既受噴嘴出口射流流量脈動(dòng)的影響,也受到撞擊不穩(wěn)定性的影響[25].

圖10 Dp=82μm射流流量脈動(dòng)頻率與顆粒膜振蕩頻率的對(duì)比Fig.10.Comparison the pulsation frequency of the granular jet with oscillation frequency of the granular fi lm at Dp=82μm.

5 結(jié) 論

采用高速攝像儀對(duì)稠密顆粒射流傾斜撞擊過(guò)程進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,刻畫了稠密顆粒射流傾斜撞擊的類流體顆粒膜現(xiàn)象,揭示了顆粒膜形成非軸對(duì)稱振蕩的原因.得到以下主要結(jié)論:

1)稠密顆粒射流傾斜撞擊主要呈現(xiàn)兩種不同的形態(tài),當(dāng)顆粒粒徑較小時(shí),稠密顆粒射流傾斜撞擊呈現(xiàn)類液體顆粒膜形態(tài);隨著顆粒粒徑的增大,含固率減小,單位體積內(nèi)所含顆粒數(shù)目減少,顆粒運(yùn)動(dòng)自由程增加,顆粒間碰撞概率減小,顆粒膜形態(tài)消失,形成散射形態(tài);

2)隨著射流速度的增大,顆粒膜出現(xiàn)非軸對(duì)稱振蕩,顆粒膜表面出現(xiàn)波紋結(jié)構(gòu);顆粒膜的非軸對(duì)稱振蕩頻率和振蕩幅度隨射流速度的增大而增大;當(dāng)顆粒粒徑與射流速度保持不變時(shí),沿著傳播方向的距離增大,表面波紋傳播速度略微增大,且us/u0在0.7—0.9之間;因?yàn)椴y間存在疊加現(xiàn)象,沿著傳播方向,其表面波紋波長(zhǎng)增大,波紋頻率降低;

3)稠密顆粒射流撞擊形成非軸對(duì)稱振蕩的主要因素是噴嘴出口由氣固不穩(wěn)定性引起的射流流量脈動(dòng),射流流量脈動(dòng)頻率與顆粒膜的非軸對(duì)稱振蕩頻率基本相當(dāng),而顆粒膜表面波紋的形成原因較復(fù)雜,受到噴嘴出口射流流量脈動(dòng)和撞擊不穩(wěn)定性的雙重影響.

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