离心式喷嘴雾化特性的数值模拟

发布时间：2020-10-25 22:46

　　 离心式喷嘴由于它的结构简单,雾化性能稳定,运行可靠等优点,而被广泛应用。应用范围包含工业领域、交通运输、农业生产领域和人们的日常生活方面。本论文的研究对象就是燃气轮机中的离心式喷嘴。通过数值模拟的方法研究在不同的喷嘴入口条件和不同的喷嘴结构情况下,不同种类的燃油在喷嘴内部和外部流场的流动情况,探讨离心式喷嘴的雾化特性。离心式喷嘴的雾化效果直接影响了燃气轮机中燃烧室工作过程的稳定性和工作效率。因此,本文数值模拟研究中,主要应用Gambit软件对离心式喷嘴模型进行网格划分,Fluent软件对离心式喷嘴进行三维数值模拟,采用VOF方法追踪气液的分界面,Realizable k-ε湍流模型模拟整个流动过程。研究离心式喷嘴的切向入口数目、入口的倾斜角度、以及不同燃油种类在不同的入口参数条件下的雾化特性的情况。切向入口数目分别是1、2、3和4个时,研究四种离心式喷嘴的雾化特性的变化规律,包括喷嘴内部流场的旋流强度,喷嘴出口处燃油的速度分布、压强分布、气液两相分布情况,以及喷嘴出口处雾化锥角等,结果显示切向入口数目的改变几乎不影响喷嘴的雾化特性。改变燃油的种类,分别选用航空煤油、航空煤油80%+乙醇20%(体积比)和航空煤油70%+乙醇30%(体积比)三种,探讨此时喷嘴雾化特性的变化情况,结果表明混合燃油中随着乙醇体积分数的增大,喷嘴出口处的速度随之增大。改变喷嘴入口的倾斜角度,选取倾斜角度分别为0°、15°、30°和45°的四种离心式喷嘴进行数值模拟研究,得出雾化特性的规律:随着倾斜角度的增大,燃油在喷嘴出口处的速度和雾化锥角都是先变大后变小,存在一个最优的角度使喷嘴的雾化效果达到最佳。选取入口倾斜角度为0°的三个入口数目的离心式喷嘴作为数值模拟的研究对象,改变入口压力条件,研究喷嘴在不同的入口压力条件下的雾化特性。进行与数值模拟研究相关的实验研究,把模拟结果与实验结果对比,结果表明二者之间虽然存在误差,但是整体的变化规律是一样的。实验结果可以验证数值模拟模型选取的正确性并得到相应的离心式喷嘴雾化特性的结论。
【学位单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TK473
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 喷嘴的研究
        1.2.1 离心式喷嘴
        1.2.2 雾化
        1.2.3 燃料
        1.2.4 雾化剂
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 理论研究
        1.3.2 实验研究
        1.3.3 数值模拟研究
        1.3.4 混合燃料的研究现状
    1.4 本文的主要研究内容
2 数值理论和实验方法介绍
    2.1 计算流体动力学
    2.2 控制方程
        2.2.1 质量守恒方程
        2.2.2 动量守恒方程
        2.2.3 能量守恒方程
    2.3 数值模拟的计算模型
        2.3.1 VOF方法
        2.3.2 湍流模型选择
    2.4 实验方法与内容
        2.4.1 实验仪器
        2.4.2 实验台介绍
        2.4.3 实验步骤
    2.5 本章小结
3 乙醇/航空煤油混合燃油对喷嘴雾化特性影响的数值模拟研究
    3.1 数值模拟模型的处理
        3.1.1 计算网格划分
        3.1.2 网格无关性验证
        3.1.3 边界条件设置
    3.2 喷嘴内部流场迹线图
    3.3 气液两相分布
    3.4 喷嘴出口处速度和压力分布
    3.5 数值模拟结果和实验结果的对比
    3.6 本章小结
4 喷嘴切向入口数目和入口倾斜角度对喷嘴雾化特性影响的数值模拟研究
    4.1 模型介绍
        4.1.1 不同切向入口数目的喷嘴模型
        4.1.2 入口倾斜角度不同时的喷嘴模型
    4.2 切向入口数目不同对喷嘴雾化特性的影响
        4.2.1 切向入口数目对旋流的影响
        4.2.2 喷嘴切向入口数目对雾化锥角的影响
        4.2.3 喷嘴切向入口数目对喷嘴出口速度的影响
    4.3 入口压力条件对喷嘴雾化特性的影响
        4.3.1 喷嘴入口压力条件对旋流的影响
        4.3.2 喷嘴入口压力条件对雾化锥角的影响
        4.3.3 喷嘴入口压力条件对喷嘴出口处速度的影响
    4.4 入口倾斜角度对雾化特性的影响
        4.4.1 喷嘴入口角度对旋流的影响
        4.4.2 喷嘴入口角度和对喷嘴出口速度的影响
    4.5 本章小结
5 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢

【参考文献】

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本文编号：2856072