水力喷射空气旋流耦合场流场的模拟与射流雾化调控方法研究
发布时间:2017-10-06 07:33
本文关键词:水力喷射空气旋流耦合场流场的模拟与射流雾化调控方法研究
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【摘要】:水力喷射空气旋流器(WSA)是一种新型高效的气液传质反应设备。采用雷诺应力模型和VOF两相流模型较好地模拟了WSA的气相压降特性和液相回流比,并对此进行了实验验证。通过对WSA内射雾流化过程、流场分布、压力场分布的数值模拟,以及射流雾化机理及其调控方法的研究,得出以下结论:1.WSA的气相压降随着进口气速的增加先后出现低压降区、压降突跳区、压降过渡区和高压降区等四个特征区域。射流在这四个压降区域里,分别表现为稳态射流、变形与袋式破碎、袋式破碎与剪切雾化和剪切雾化等流态。2.在速度场的模拟中,切向速度是速度场中数值最大的,轴向速度次之,径向速度最小。轴向速度是沿轴向向下逐渐增大,随着气速的增加,轴向速度也随之增加,但轴向速度分布的不对称性也增大。环隙部分的轴向速度方向的总体趋势是竖直向下,而在排气管内是竖直向上。径向速度是速度场中数值变化最大的且在排气管底部附近区域存在数值上最大值。切向速度在进口附近速度最大,但存在局部回流,随着气速增大,回流区域逐渐消失。因此增大进口气速是提高WSA的工作效率的有效方法。3.从湍动能分布可以看出,相同气速条件下,耦合空间的湍动能沿竖直向下逐渐减小。随着气速的增加,湍动能的平均值沿竖直方向上变化越大。4.通过对WSA压力场的数值模拟,得出在气速16 m·s-1时,其压力最大值区域分布最为对称,说明此处的气液传质相关性质的状态趋于稳定,可能是气液传质的效果从非稳态慢慢到稳态的过渡,其传质效果达到最大化;从总体上来讲,随着气速的增加,各个截面湍动能分布的对称性逐渐减弱。在分离空间湍动能最大值分布的区域,随着气速变化而逐渐消失,取而逐渐向排气管底部附近聚合。总的来说,动压均值在耦合空间不同截面上的增减幅度比静压和总压均值明显,且静压值与总压值差异不大。在WSA耦合空间不同横截面的动压,在压降突跳区表现出突然变大的现象。5.通过各个压降区域的稳定数据线性回归后,求出相邻压降区域之间的转折点。射流雾化发生在WSA的压降过渡区与高压降区域,并随着进口气速增大到某一值时射流雾化达到最佳状态。射流充分雾化并获得最大相间传质面积的进口气速处于WSA的压降过渡区和高压降区之间的转折点附近。
【关键词】:水力喷射空气旋流器 数值模拟 射雾流化 流场分布 转折点
【学位授予单位】:重庆理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TQ021.4
【目录】:
- 摘要4-5
- Abstract5-9
- 1 绪论9-19
- 1.1 气液传质强化简介9
- 1.2 超重力场技术9-13
- 1.2.1 动态超重力设备—旋转填料床10-12
- 1.2.2 静态超重力设备—旋风分离器12-13
- 1.3 水力喷射-空气旋流器及其进展13-16
- 1.3.1 水力喷射-空气旋流器结构优化研究14-15
- 1.3.2 水力喷射-空气旋流器气液传质性能及特性研究15-16
- 1.3.3 水力喷射-空气旋流器应用领域研究16
- 1.4 课题的提出16-19
- 1.4.1 课题的提出以及研究意义16-17
- 1.4.2 基本技术路线17-18
- 1.4.3 研究内容18-19
- 2 水力喷射-空气旋流器中射流雾化过程的模拟19-31
- 2.1 实验与模拟部分19-24
- 2.1.1 实验装置与压降测定19-20
- 2.1.2 数学模型20-23
- 2.1.3 边界条件23
- 2.1.4 网格划分及无关性验证23-24
- 2.2 模拟结果与讨论24-30
- 2.2.1 WSA气相压降与液相回流比模拟24-26
- 2.2.2 水力喷射-空气旋流器中射流雾化过程的模拟26-30
- 2.3 小结30-31
- 3 水力喷射空气旋流器中流场的模拟分析31-43
- 3.1 数值模拟31-34
- 3.1.1 模型选择及边界条件32
- 3.1.2 网格无关性验证及模型验证32-34
- 3.2 结果与讨论34-42
- 3.2.1 轴向速度分布34-36
- 3.2.2 径向速度分布36-38
- 3.2.3 切向速度分布38-40
- 3.2.4 湍动能分布40-42
- 3.3 小结42-43
- 4 水力喷射-空气旋流器中压力场的模拟分析43-53
- 4.1 数值模拟43-44
- 4.1.1 模型的选择43
- 4.1.2 数值模拟边界条件43-44
- 4.2 结果与讨论44-51
- 4.2.1 各个截面压力分布44-47
- 4.2.2 各个截面的湍动能分布47-49
- 4.2.3 耦合空间环隙区域压力场分布49-51
- 4.3 小结51-53
- 5 水力喷射-空气旋流器射流雾化机理及其调控方法研究53-62
- 5.1 数值模拟53-55
- 5.1.1 模型的选择53
- 5.1.2 模拟边界条件53-54
- 5.1.3 网格的无关性验证54
- 5.1.4 WSA气相压降与液相回流比模拟的模型验证54-55
- 5.2 结果与讨论55-59
- 5.2.1 WSA的压降特性及其特征值55-57
- 5.2.3 WSA中射流的雾化过程及其机理分析57-59
- 5.3 传质面积的实验测定59-60
- 5.4 WSA中射流雾化过程的调控方法讨论60-61
- 5.5 小结61-62
- 6 结论与建议62-64
- 6.1 研究结论62-63
- 6.2 存在问题与建议63-64
- 致谢64-65
- 参考文献65-69
- 个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果69-70
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1 ;水力喷射器在连续式薄膜浓缩上的应用[J];上海化工;1974年01期
2 David A·Summers;郭文芝;;水力喷射钻进发展的现状[J];国外地质勘探技术;1986年10期
3 孟祥伟;影响水力喷射器真空效果的几个因素及对策[J];四川粮油科技;2000年02期
4 张波;深穿透水力喷射切割增产技术[J];油气地质与采收率;2005年05期
5 田守],
本文编号:981530
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