高粘流体在折流板上的降膜流动

发布时间：2017-08-05 12:20

  本文关键词：高粘流体在折流板上的降膜流动

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【摘要】：高粘流体既包含牛顿流体又包含非牛顿流体。由于流体粘度较大,导致其流动困难。即使对于非牛顿流体,在速度较小时,依然可视为牛顿流体处理。目前研究较多的是低粘度的牛顿流体,对于高粘流体的研究较少。为了了解高粘流体在流动过程中的流场及其波动性,进而掌握高粘流体的传热传质特点,本文以水溶性硅油作为介质,通过实验和计算流体力学(Computational Fluid Dynamic,CFD)模拟,对其在折流板上的降膜流动过程中的速度分布,膜厚,表面更新频率等进行了研究。本文首先设计实验装置和流程,通过实验对高粘流体的降膜流动过程进行研究。实验中借助激光多普勒测速仪(LDA或LDV),可得到流体内部各点的瞬时速度。根据计算机显示信号,可得到液膜厚度。实验首先研究了液体流量、粘度对膜厚的影响,并回归出经验公式。接着研究降膜高度和横向位置对膜厚分布的影响。在研究速度分布过程中,首先验证平均速度随时间的变化,确保在不同时间段内测量的速度保持一致。接着,在距板面不同距离处,分别测量了流动方向、板宽方向的速度分布,并得到较为合适的测量位置。在该位置处的不同流量和不同粘度下,分别测量了沿膜厚方向的速度分布。将测得结果与Nusselt理论值比较,发现膜厚和速度的实验值均较Nusselt理论值大。最后得到在一定流量和粘度下的液膜表面更新速率。运用CFD模拟高粘流体在折流板上的流动情况。边界条件均与实验条件一致。分别比较在不同流量和粘度下,在第三块折流板上的膜厚和平均速度。在各个位置上的速度沿膜厚方向的分布,均呈现抛物线状;随着流量的增加,膜厚增厚,速度增大;随着粘度的增加,膜厚增厚,速度减小。综合比较发现,平均速度的模拟值较实验值偏小,膜厚的模拟值较实验值偏大。在较大流量、较高粘度的情况下,模拟值与实验值更为接近,其误差在9%以下。通过实验和模拟可以发现,尽管流体速度很小,但经过折流板后,由于其对流体流动方向的改变,流体的流动产生了明显的波动,加强了表面更新,这对于传质传热过程是比较有利的。
【关键词】：高粘流体 降膜流动 激光多普勒测速仪(LDA) 计算流体力学(CFD) 液膜厚度
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ021
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 文献综述9-23
• 1.1 粘度9-13
• 1.1.1 粘度的基本概念9-11
• 1.1.2 粘度的测量11-13
• 1.2 自由降膜流动特性13-15
• 1.3 气液两相流动过程的测量方法15-19
• 1.3.1 热线热膜风速仪(HWFA)15-16
• 1.3.2 激光多普勒测速仪(LDV或LDA)16-17
• 1.3.3 相位多普勒粒子分析仪（PDPA或PDA）17-18
• 1.3.4 粒子成像速度场仪(PIV)18-19
• 1.4 气液两相降膜流动过程的数值模拟19-20
• 1.5 高粘流体的降膜流动研究进展20-21
• 1.6 本课题研究内容21-23
• 第二章 折流板上的高粘流体降膜流动LDA测量实验23-45
• 2.1 相关物性参数测定23-26
• 2.1.1 密度的测量23-24
• 2.1.2 粘度的测量24
• 2.1.3 表面张力的测量24-25
• 2.1.4 接触角的测量25-26
• 2.2 激光多普勒测速装置及工作原理26-28
• 2.3 高粘流体降膜过程的LDA测量实验28-31
• 2.3.1 实验装置和实验流程28-29
• 2.3.2 实验测量方案29-31
• 2.3.3 实验操作步骤31
• 2.4 实验结果分析与讨论31-43
• 2.4.1 液膜厚度31-34
• 2.4.2 液膜厚度分布34-35
• 2.4.3 液膜的速度及其分布35-41
• 2.4.4 液膜表面更新频率41-43
• 2.5 小结43-45
• 第三章 折流板上高粘流体降膜流动的二维CFD模拟45-58
• 3.1 物理模型45-46
• 3.2 数学模型46-51
• 3.2.1 控制方程46-47
• 3.2.2 源相的确定47-49
• 3.2.3 初始条件49
• 3.2.4 边界条件49-50
• 3.2.5 网格划分50-51
• 3.2.6 数值求算方法51
• 3.3 计算结果及讨论51-57
• 3.3.1 不同流量下的模拟值与实验值51-55
• 3.3.2 不同粘度下的模拟值与实验值55-57
• 3.4 小结57-58
• 第四章 结论与展望58-60
• 4.1 结论58-60
• 4.1.1 实验测量58-59
• 4.1.2 模拟结果59
• 4.1.3 展望59-60
• 参考文献60-64
• 符号说明64-66
• 发表论文和参加科研情况说明66-67
• 致谢67-68

【参考文献】

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本文编号：624885