压力旋流喷嘴内外流场数值计算及结构分析

发布时间：2020-09-11 13:22

　　 压力旋流喷嘴广泛应用于低温多效海水淡化装置的水平管降膜蒸发器上,喷嘴喷淋密度的大小和均匀性将直接影响管束外传热效果,改善喷嘴的雾化效果可以提高系统的工作效率。目前国内外对喷嘴的研究集中在液滴雾化尺寸和形态等内容上,对喷嘴整体的喷淋效果缺乏深入研究,且研究大多适用于高压工况下结构对称喷嘴的射流问题,对低压工作条件下海水淡化装置所使用的单侧切向入口压力喷嘴的研究较少。本文用FLUENT软件针对压力旋流喷嘴的内部流场和外部雾化流场计算分析,主要研究内容包括喷嘴旋流室中的各速度、压强、湍流动能、空气柱、进出口压降和外部流场中有效喷淋密度大小及周向喷淋密度不均匀度等,并通过改变结构参数对内外流动参数产生的变化进一步分析。本文根据喷嘴实际尺寸通过PROE建立了三维几何模型,使用ICEM将整个流场区域划分为结构化网格,采用VOF多相流模型、表面张力CSF模型和Realizable k-ε湍流模型描述喷嘴的流动特性。在同一入口流量条件下,数值计算结果与实验结果进行定性和定量验证分析,证明了模型的可靠性。改变入口速度条件研究发现,压差是空气柱形成的原因,但不影响旋流室中气液两相的位置分布。旋流室中液相速度远大于气相流速,水的流动在气-液两相的旋流运动中起主导作用,空气柱的分布受到液相速度梯度分布的影响,入口速度影响了空气柱的大小和稳定性,而空气柱的不稳定性反过来又加剧了液相流场的湍动。一定喷淋高度下,持续增大入口速度条件可以增大外部流场的有效喷淋密度,但无法一直改善喷淋密度的周向均匀度。进一步研究入口直径、旋流室直径和旋流室收敛角等喷嘴结构几何参数的变化对喷淋特性的影响。在相同入口速度和喷淋高度的条件下,增大喷嘴入口直径,空气柱受到液体剧烈的扰动作用,流动能耗增大。周向有效喷淋密度增大,均匀性先增大后减小;增大旋流室直径为液体充分发展提供了条件,其对空气柱的冲击得到了缓冲空间,提高了空气柱的稳定性,壁面与流体接触阻力增加导致能耗增大,周向有效喷淋密度逐渐减小的同时均匀性得到改善;设置一个旋流室收敛角可以起到过渡作用,减小了壁面与流体之间的摩擦阻力,切向速度受到抑制,轴向速度增大可以加速水的向下运动,有效喷淋区域的半径逐渐减小,但提高了周向喷淋密度均匀性。存在一个旋流室直径、入口直径和旋流室收敛角使得喷嘴有效喷淋密度的分布效果最佳。
【学位单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：P747

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本文编号：2816729