扇形喷嘴喷雾冷却的数值模拟及实验研究

发布时间：2017-08-09 19:02

  本文关键词：扇形喷嘴喷雾冷却的数值模拟及实验研究

  更多相关文章： 喷雾冷却 数值模拟 扇形喷嘴 液滴 液膜

【摘要】：针对热镀锌合金化炉冷却段冷却效果不佳，增设喷雾冷却装置这一问题，本文中建立了喷雾冷却实验平台，采用数值模拟和实验测试的方法对喷雾冷却速度和钢板温度分布进行了深入分析与研究。 本文主要进行了喷雾冷却实验测试和FLUENT数值模拟研究，具体内容主要包括以下几个方面： (1)拟定冷却实验方案，以钢板为研究对象，建立冷却实验平台。首先，在气压Pair=0.15MPa，水压Pwater=0.15MPa工况下比较喷气冷却、喷雾冷却和喷水冷却三种冷却方式的冷却效果，确定出最佳的冷却方式；另外在气雾冷却实验数据基础上探究气压、水压、气体流量、水流量等对冷却速度的影响。 (2)建立实验冷却装置的物理模型，应用湍流模型、离散相模型、传热模型、液滴碰撞破碎模型和液膜模型的相关理论建立喷雾冷却的数学模型，再根据实验工况设立合理的边界条件，采用FLUENT软件对实验冷却系统进行非稳态雾化场和温度场仿真分析。 (3)通过FLUENT软件对喷雾冷却的仿真模拟，探究雾化场流场的分布、雾化场液滴的分布、雾化场液滴速度和液滴直径的分布特征，以及钢板换热过程中水蒸汽、液膜厚度和壁面温度的分布特性，，并对以上影响壁面换热的各个因素进行分析和研究，将喷雾冷却实验测试数据与数值模拟得到的数据进行对比分析，仿真结果与实验结果基本一致，验证了计算模型及其模拟结果的正确性。
【关键词】：喷雾冷却 数值模拟 扇形喷嘴 液滴 液膜
【学位授予单位】：武汉科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK124;TG174.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-14
• 1.1 研究的背景及意义8-9
• 1.2 国内外研究概况9-11
• 1.2.1 传热研究方法与数值模拟技术9-10
• 1.2.2 喷雾冷却技术的发展10-11
• 1.3 课题来源及主要研究内容11-13
• 1.4 本章小结13-14
• 第2章 竖直壁面喷雾冷却实验14-25
• 2.1 射流冷却的实验方案14-19
• 2.1.1 实验目的14
• 2.1.2 实验原理14-16
• 2.1.3 实验系统与喷嘴选型16-19
• 2.2 实验步骤和测试结果19-22
• 2.3 实验结论22-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第3章 喷雾冷却的数值建模25-41
• 3.1 基本假设25
• 3.2 喷雾冷却物理模型的建立25-27
• 3.2.1 几何模型25-27
• 3.2.2 网格模型27
• 3.3 喷雾冷却数学模型的建立27-37
• 3.3.1 喷雾流场的基本控制方程27-29
• 3.3.2 湍流模型29-30
• 3.3.3 传热模型30-31
• 3.3.4 离散相模型31
• 3.3.5 组分运输模型31-32
• 3.3.6 液滴碰撞和破碎模型32-34
• 3.3.7 喷嘴的数学模型34-35
• 3.3.8 动态阻力模型35
• 3.3.9 壁面液膜和壁面射流模型35-37
• 3.4 连续相与离散相间的耦合37-39
• 3.4.1 离散相与连续相的耦合37
• 3.4.2 离散相颗粒与连续相的换热和换质规律37-39
• 3.5 离散相的耦合计算39
• 3.6 本章小结39-41
• 第4章 喷雾冷却过程的模拟与分析41-62
• 4.1 边界条件的设置41-43
• 4.1.1 喷嘴进出口边界条件41
• 4.1.2 喷嘴数学模型边界条件41-42
• 4.1.3 钢板壁面边界条件42-43
• 4.2 流体和固体材料43
• 4.3 雾化流场分析43-45
• 4.4 雾化场的液滴分布45-47
• 4.5 雾化场的液滴速度分布47-49
• 4.6 雾化场液滴直径分布49-52
• 4.7 雾化场和壁面水蒸汽的分布52-55
• 4.8 壁面液膜厚度分布55-56
• 4.9 壁面的温度分布56-59
• 4.10 计算模型的验证59-60
• 4.11 本章小结60-62
• 第5章 总结与展望62-64
• 5.1 全文总结62
• 5.2 展望62-64
• 致谢64-65
• 参考文献65-69
• 附录 1 攻读硕士学位期间发表的论文69-70
• 附录 2 攻读硕士学位期间参加的科研项目70-71
• 详细中文摘要71-73
• 详细英文摘要73-74

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 向顺华,黄夏兰,马新建,刘颖昊;带钢连续退火中气雾冷却速度的计算[J];宝钢技术;2004年01期

2 芦秋敏,雷树业;雾化喷射冷却的机理及模型研究[J];工程热物理学报;2005年05期

3 郑可可,雷树业,陈建平,何玮菁,姚瑶;无沸腾喷雾冷却中流量和喷头高度对换热性能的影响[J];工业加热;2002年05期

4 钟泽民;刘妮;黄千卫;余宏毅;由龙涛;;喷雾冷却技术及其在电子冷却领域的应用[J];电子元件与材料;2013年10期

5 司春强;邵双全;田长青;徐洪波;;高功率固体激光器喷雾冷却技术[J];强激光与粒子束;2010年12期

6 王亚青;刘明侯;刘东;王璐;郭红;;喷雾冷却换热机理和影响换热性能的因素[J];强激光与粒子束;2011年09期

7 Yan Hou;Yujia Tao;Xiulan Huai;;Visualization of Film Wavelike Characteristics and Measurement of Film Thickness in Spray Cooling[J];Journal of Thermal Science;2013年02期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 王亚青;喷雾冷却无沸腾区换热特性研究[D];中国科学技术大学;2010年

本文编号：646787