液滴撞击竖直壁面流动和传热的数值模拟研究

发布时间：2023-02-27 08:46

　　喷淋冷却是一种高效的冷却方式,广泛存在于石油化工、能源环境、航天工业等科学领域。在喷淋冷却过程中常伴随着液滴撞击竖直壁面现象,液滴在撞击竖直壁面过程中,其自由表面在不断变化,且由于温度较高,常存在相变及气液两相流流动过程,使得液滴撞击竖直壁面问题的研究处理起来较为困难。本文采用数值方法对液滴撞击竖直壁面的流动及传热过程进行了研究,并分析了各参数对液滴撞击竖直壁面过程的影响,具体的研究内容和结论如下:(1)建立了液滴撞击竖直壁面的二维几何模型,选取VOF模型进行气液相界面的捕捉、CSF模型进行表面张力的计算、几何重构技术进行界面的重构,并用FLUENT软件进行数值模拟,将模拟的结果与前人的实验数据进行对比,验证了模型的可靠性。(2)模拟液滴撞击竖直壁面的过程,并对撞击时液滴进行流动和传热分析。通过研究可得液滴在撞击壁面后向上、下铺展时,上三相接触点的速度逐渐减小至零,下三相接触点速度始终最大,扰动剧烈,热流密度最大;壁面的平均热流密度先增加后趋于稳定。(3)分析了各参数对液滴撞击竖直壁面流动和传热的影响,结果表明:a)液滴的初始速度越大,向上、下铺展的距离越大,铺展的越快,换热量越大,完...

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【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
符号表
第1章 绪论
    1.1 课题的研究背景与意义
    1.2 液滴撞击壁面的研究进展
        1.2.1 理论研究
        1.2.2 实验研究
        1.2.3 数值模拟
    1.3 本文的主要研究内容
第2章 液滴撞击竖直壁面的数值模拟方法
    2.1 模型建立
        2.1.1 几何模型
        2.1.2 网格划分
    2.2 气液相界面追踪
    2.3 VOF模型
        2.3.1 控制方程
        2.3.2 气液相界面的重构
        2.3.3 表面张力和壁面粘附力
    2.4 离散化
        2.4.1 区域离散化
        2.4.2 方程的离散化
    2.5 参数设置
        2.5.1 材料物性
        2.5.2 质量传递
        2.5.3 边界条件
    2.6 计算域的初始化
    2.7 收敛性与稳定性
    2.8 本章小结
第3章 液滴撞击竖直壁面的流动分析
    3.1 数值方法的验证
    3.2 液滴的流动分析
        3.2.1 相图分析
        3.2.2 速度场分析
    3.3 参数对液滴铺展的影响
        3.3.1 初始速度
        3.3.2 撞击角
        3.3.3 液滴直径
        3.3.4 接触角
        3.3.5 表面张力系数
    3.4 本章小结
第4章 液滴撞击竖直壁面的传热分析
    4.1 传热特性分析
    4.2 参数对传热的影响
        4.2.1 初始速度
        4.2.2 壁面温度
        4.2.3 撞击角
        4.2.4 液滴直径
    4.3 本章小结
第5章 总结与展望
    5.1 本文小结
    5.2 未来展望
参考文献
致谢
学位论文评阅及答辩情况表



本文编号：3751030