气泡雾化喷嘴气液两相流动的数值模拟研究

发布时间：2017-10-31 21:09

  本文关键词：气泡雾化喷嘴气液两相流动的数值模拟研究

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【摘要】：轻质柴油等低闪点的燃料因其具有易储存、安全性高等优点,在一些特殊领域的应用越来越受到重视。但由于燃料闪点低,利用传统的压力雾化方式往往需要提供高压才能实现雾化,而高压雾化装置无疑增加整机的质量。气泡雾化喷嘴作为一种两相流喷嘴,具有低压条件下即可实现液相工质良好雾化的特点。相比于其它两相流喷嘴,其具有所需气相工质少、雾化效果对液相粘性不敏感、不易堵塞等特点,这使其能够满足一些应用在特殊领域的动力装置对燃料雾化的要求。 本文以气泡雾化喷嘴为研究对象,建立了气泡雾化喷嘴的几何模型以及描述气液流动的数学模型,在此基础上划分网格并确定边界条件。利用所建立的模型对气泡雾化喷嘴内部气液两相流动以及喷嘴下游的喷雾场进行研究。 针对气泡在喷嘴内的形态变化,利用VOF方法对单气泡在喷嘴内流动时的形态及其特征参数进行研究。通过对比分析不同气泡尺寸、液相流量、液相粘性、喷嘴收缩角度以及喷孔长径比时气泡在喷嘴内形态变化,得到了不同条件下气泡形态变化特点。在此基础上对不同条件下的特征参数进行计算和对比,给出了不同条件对气泡特征参数的影响规律。 为了研究不同工况条件时气泡雾化喷嘴内的两相流动结构特点,分别对不同气液质量比时喷嘴内的气液两相流动结构进行对比分析。在此基础上,通过对喷嘴出口截面处两相流动参数的计算,研究了不同气液质量比、不同液相流量时喷嘴出口截面处的含气率、液膜厚度等气液两相流动参数特点。研究结果表明：各种工况下喷嘴出口截面两相流动参数均随时间发生波动,同时出口截面处的液膜厚度随着液相流量和气液质量比的增加而减小。 最后,结合喷嘴出口两相流动参数利用欧拉-拉格朗日方法对喷嘴下游气相-液滴耦合喷雾场进行研究。在建立计算区域和划分网格的基础上,首先确定了不同条件时的一次雾化粒径,并以此作为入口条件进行耦合计算。得到了气泡雾化喷嘴下游液滴粒径、液滴速度等的分布特点,并对液相流量、气液质量比对气泡雾化喷嘴下游液滴粒径及其分布的影响进行了研究。
【关键词】：气泡雾化喷嘴 气泡 两相流 喷雾 仿真
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK12
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-9
• 目录9-11
• 1 绪论11-25
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 国内外研究现状12-23
• 1.2.1 气泡雾化喷嘴的结构及雾化特点12-14
• 1.2.2 气泡雾化喷嘴喷雾特性的研究14-17
• 1.2.3 气泡雾化喷嘴内两相流流动行为的研究17-23
• 1.3 论文研究的意义及内容23-25
• 1.3.1 论文研究的意义23
• 1.3.2 论文研究的内容23-25
• 2 气泡雾化喷嘴内气泡运动形态特征及变化研究25-53
• 2.1 气液两相流动模型的建立25-33
• 2.1.1 控制方程25-27
• 2.1.2 湍流模型和近壁面的处理27-30
• 2.1.3 几何模型的建立以及网格的划分30-31
• 2.1.4 初始条件和边界条件31-32
• 2.1.5 模型的验证32-33
• 2.2 喷嘴内气泡形态变化规律33-42
• 2.2.1 喷嘴内气泡的形态变化特征34-35
• 2.2.2 喷嘴内气泡形态变化的影响因素分析35-42
• 2.3 喷嘴内气泡特征参数研究42-51
• 2.3.1 气泡特征参数42-43
• 2.3.2 气泡特征参数的变化历程43-44
• 2.3.3 气泡特征参数的影响因素分析44-51
• 2.4 本章小结51-53
• 3 气泡雾化喷嘴内气液混合及喷嘴出口截面参数研究53-71
• 3.1 喷嘴内气液流动模型的建立53-58
• 3.1.1 控制方程53-55
• 3.1.2 几何模型与网格划分55-56
• 3.1.3 初始条件和边界条件56-57
• 3.1.4 模型的验证57-58
• 3.2 不同气液质量比时喷嘴内气液混合的对比58-61
• 3.3 气泡雾化喷嘴出口截面处流动参数的影响分析61-69
• 3.3.1 喷嘴出口截面含气率61-64
• 3.3.2 喷嘴出口截面等效液膜厚度64-66
• 3.3.3 喷嘴出口截面的液相速度66-67
• 3.3.4 喷嘴出口截面处液相质量流量67-68
• 3.3.5 喷嘴出口截面动量通量68-69
• 3.4 本章小结69-71
• 4 气泡雾化喷嘴喷雾场液滴分布特性及影响因素分析71-102
• 4.1 气泡雾化喷嘴喷雾场模拟模型71-81
• 4.1.1 气相-液滴两相流动模型72-75
• 4.1.2 射流的二次雾化模型75-76
• 4.1.3 计算域及其网格划分76-77
• 4.1.4 气泡雾化喷嘴的一次雾化液滴粒径的确定77-80
• 4.1.5 初始条件和边界条件80-81
• 4.2 气泡雾化喷嘴下游喷雾场及液滴的分布特征81-90
• 4.2.1 计算域中的喷雾场81-84
• 4.2.2 气泡雾化喷嘴雾化液滴的分布特征84-90
• 4.3 气泡雾化喷嘴液滴分布的影响分析90-101
• 4.3.1 气液质量比对喷雾分布的影响91-95
• 4.3.2 液相流量对喷雾分布的影响95-101
• 4.4 本章小结101-102
• 5 全文总结与展望102-105
• 5.1 全文总结102-103
• 5.2 工作展望103-105
• 参考文献105-109
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果109-113
• 学位论文数据集

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 刘猛;段钰锋;张铁男;李华峰;;液体性质对气泡雾化液滴不稳定性的影响[J];东南大学学报(自然科学版);2012年02期

2 钱丽娟;熊红兵;林建忠;;液体物性对雾化射流液雾粒径的影响[J];工程热物理学报;2008年02期

3 ;Modeling on effervescent atomization:A review[J];Science China(Physics,Mechanics & Astronomy);2011年12期

4 毛传林;钱丽娟;;气泡雾化喷嘴雾化射流场性能仿真[J];计算机仿真;2013年09期

5 张涛;朱晓军;彭飞;闵少松;;近壁面处理对湍流数值计算的影响分析[J];海军工程大学学报;2013年06期

6 陈振东;陈晓平;;小流量气泡雾化喷嘴试验研究[J];热能动力工程;2010年06期

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本文编号：1123761