液液喷射器引射结构的数值模拟及优化研究

发布时间：2017-10-15 08:26

  本文关键词：液液喷射器引射结构的数值模拟及优化研究

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【摘要】：喷射器是利用射流紊乱扩散作用来进行能量传递和质量传递的流体机械与混合设备,具有节能效果好、结构简单、造价低廉、操作维修方便等显著优点,广泛应用于国民生产的各个行业。然而,由于喷射器内湍流混合过程的复杂性,存在着激波、粘性干扰、剪切层的相互作用,传统的基于实验和流程尺度模拟计算的方法难以取得内部流动的详细信息。随着计算机技术的发展,数值模拟已经成为喷射器内部流场研究的有效手段之一。本文针对液液喷射器的改进设计问题,开展了基于CFD模拟的喷射器性能及优化的研究工作,目的是通过建立喷射器三维模型,获得喷射器内部详细的流场信息,取得不同结构和操作条件对喷射器性能的影响规律,实现喷射器的优化设计。本文的主要工作如下：(1)建立了喷射器三维数值模型,运用标准κ-ε湍流模型,考察了液液喷射器内部流体的流动特性与掺混效果,获得了喷射器内部速度场、压力场、浓度场等分布信息。结果表明：在喷嘴出口处,流股间的速度梯度很大。中间是高速流动的工作流体,外侧是低速流动的引射流体,在两股流体之间形成了比较厚的混合边界层。在混合边界层内,工作流体和引射流体之间发生剧烈的碰撞混合与能量传递过程,是物料发生混合的主要区域。(2)考察了引射结构对液液喷射器工作性能的影响。研究了液液喷射混合器中引射流体进料角度和引射口数的影响行为和优化选择问题。结果表明：不恰当的引射角度将导致引射流体在喷嘴外围环隙的速度和流量分配不均,进而导致流场偏移；随着引射角度的增加,压力降、喷射系数、混合段流体速度和湍流耗散率呈现出先增大后减小的变化趋势，不同引射角度下流体达到混合完全所需要的距离相同,但是质量分数存在差别,综合分析,在七种引射角中,引射流体的最佳引射角度为600。双引射口和单吸入口喷射器在压力分布、湍动能分布和引射流体的质量分数分布上相差不大,但是双引射口喷射器内部流体流动形成相对较多的涡流,流体湍动程度更大,更有利于混合段流体的混合。(3)考察了操作压力对喷射器工作性能的影响,通过对不同操作压力下的喷射器进行数值模拟,得到了工作压力、混合出口压力以及引射压力对喷射器性能的影响规律。综合考虑,确定了本模型研究范围内的最佳的工作流体压力、引射压力和出口压力。
【关键词】：喷射器 引射结构 数值模拟 优化设计
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK05
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 1 文献综述11-29
• 1.1 研究背景及意义11-12
• 1.2 喷射器简介12-16
• 1.2.1 喷射器结构和工作原理12-13
• 1.2.2 喷射器的特点13
• 1.2.3 喷射器的分类13-15
• 1.2.4 喷射器的应用15-16
• 1.3 CFD理论与软件16-21
• 1.3.1 CFD简介16
• 1.3.2 基本控制方程16-17
• 1.3.3 湍流模型17-21
• 1.3.4 FLUENT软件21
• 1.4 喷射器数值模拟研究进展21-27
• 1.4.1 国外研究进展22-24
• 1.4.2 国内研究进展24-27
• 1.4.3 研究现状分析27
• 1.5 本文主要研究内容27-29
• 2 液液喷射器数值模型的建立与验证29-43
• 2.1 物理模型29
• 2.2 三维模型29-31
• 2.3 组分质量守恒方程31
• 2.4 边界条件及求解设置31
• 2.5 网格无关性检验31-33
• 2.6 湍流模型验证33-35
• 2.7 模拟结果及分析35-41
• 2.7.1 速度分布36-37
• 2.7.2 压力分布37-38
• 2.7.3 湍动能及耗散率38-40
• 2.7.4 混合特性40-41
• 2.8 本章小结41-43
• 3 引射结构对液液喷射器性能影响分析及优化43-53
• 3.1 引射角度对喷射器性能的影响43-48
• 3.1.1 流体偏移现象44-46
• 3.1.2 压力降ΔP和喷射系数46-47
• 3.1.3 湍流耗散率47
• 3.1.4 混合特性47-48
• 3.2 引射口数对喷射器性能的影响48-52
• 3.2.1 压力、湍动能、质量分数分布49-50
• 3.2.2 流动特性分布50-52
• 3.3 本章小结52-53
• 4 操作压力对液液喷射器性能影响分析及优化53-65
• 4.1 工作流体压力对喷射器性能的影响53-57
• 4.2 出口压力对喷射器性能的影响57-60
• 4.3 引射流体压力对喷射器性能的影响60-63
• 4.4 本章小结63-65
• 5 结论与展望65-67
• 5.1 结论65-66
• 5.2 展望66-67
• 参考文献67-73
• 附录73-74
• 致谢74-75
• 个人简历75
• 发表的学术论文75

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本文编号：1036083