VOF技术进行的气液流动及传质过程的计算流体力学研究

发布时间：2020-03-29 01:02

【摘要】：近年来,自然资源的紧缩使人们对资源的利用率提出更高的要求,溶液除湿作为一种极其节能的空调技术日益受到学者们的重视。当前关于溶液除湿的研究主要集中在实验研究和NTU-Le方法上,而通过CFD方法可以得到填料内部除湿的具体物理过程,其优势是不言而喻的。本文通过使用CFD中的VOF技术模拟研究了多相流体在规整填料上的流动规律,包括几种不同类型的规整填料,模拟了三角形填料、梯形填料、矩形填料上液膜的形成过程,发现矩形填料对于增大气液接触面积的作用并不明显,不适用于作为除湿填料。对于不同波距的三角形填料上的液膜流动情况进行模拟及分析,发现波距对于液膜的流动状态有较大的影响,当波距过小会引起除湿溶液在填料凹槽处的黏连。讨论了不同填料倾角、不同除湿溶液的情况下液膜的流动形式,模拟结果显示,倾角过大或者过小均会影响液膜在填料上的均匀性;不同除湿溶液所形成液膜的状态也会发生变化。对于相关领域较为有争议的相间切应力动量源项对液膜的影响,通过研究降膜平板液膜的速度场进行了重点讨论,得出该动量源项只有达到一定的空气流速才对液膜起作用的结论。对于梯形填料和三角形填料上气液逆流的情况做了模拟和比较,讨论了这两种不同填料结构对速度场、压力场等的影响,从速度矢量图以及压力分布云图看出在梯形填料凹槽部位会形成较大的气流旋涡,其压降也远远大于三角填料。本文还模拟了不同填料结构上液膜流动与传质同时进行的动态过程,得到几个不同时刻上水蒸气质量分数分布图,进而研究除湿的动态过程。通过调整风速的大小从而研究风速对不同规整填料的除湿效果的影响。比较三角填料和梯形填料湿空气出口处水蒸气质量分数的变化,得到空气流速越大,填料结构对除湿效果影响就越小的结论。改变规整填料入口处水蒸气质量分数的大小,得到了几种不同工况下的水蒸气质量分数分布云图,并取同一截面上水蒸气质量分数梯度分布,说明湿空气质量分数越大,传质速率就越大。保持风速不变,通过调整溶液流量的大小,研究了溶液流量的大小对填料除湿能力的影响,我们得出,在一定流量变化范围内,除湿溶液流量越大,由于会填充规整填料凹槽部位,导致气液比表面积减小,从而降低了除湿能力。对于气液传质过程中所发生的Rayleigh-Bdnard-Marangoni效应进行了数值模拟,与实验结果对比发现浓度场吻合较好,并且通过观察压力云图分布得出对流传质是小尺度进行的。本文对溶液除湿的研究不仅为溶液除湿技术在工程实际的应用提供一定的参考意义,为学术方面的相关研究也提供了一种思路。
【图文】：

再生过程,溶液,水蒸气分压力

这个过程基本使用的是低品位能源，也是溶液除湿循环一大优势所在。图2-1 使用焓湿图表示了这一过程，由于溶液除湿过程的推动力是溶液表面与湿空气的水蒸气分压力差，也可以认为是含湿量差，，所以除湿过程中溶液表面的等效水蒸气分压力是逐渐增大的，当与湿空气达到平衡的时候，在图中表示为点 B，荣而言除湿过程结束，而这部分溶液也由浓溶变为稀溶液，这里，我们给出溶液表面等效水蒸气分压力的计算式：

相界面,格式,差值,界面

(/)3 kgm( kg/ms)s (N/m)Cp1180 0.00359 0.0893 方法拟所采用的计算方法与文献[19]的方法类似，在计算力和速度的耦合采用 SIMPLE 算法，压力场采用 PRE、能量、湍动能、耗散率、组分输运方程均采用一阶格式的离散将会详细进行介绍。对于气液界面的追踪struct 界面重构技术，图 3-1 对实际界面以及 Geo-Re拟的界面进行了比较，可以直观的看到这种方法的精 10-5s。由于非稳态过程并没有正真意义上的稳定，达到平稳时，即可认为收敛，如图 3-2 所示。
【学位授予单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU834.9

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