粘性液体和稠密颗粒射流撞壁过程的实验研究与数值模拟

发布时间：2017-05-09 20:03

  本文关键词：粘性液体和稠密颗粒射流撞壁过程的实验研究与数值模拟，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文以气化炉煤气化技术为背景,对粘性液体和稠密颗粒射流撞壁过程进行了研究。首先采用高速摄像仪和图像处理软件对粘性液体撞壁液膜进行了研究,揭示了液体粘性、射流速度和壁面直径等因素对液膜形态及表面波纹的影响规律。在此基础上,对稠密颗粒射流撞壁过程进行了实验研究,并应用离散元模拟软件对稠密颗粒撞壁流进行了数值模拟,重点研究了射流速度、颗粒粒径、射流直径和固含率等因素对颗粒膜形态及表面波纹的影响规律,揭示了稠密颗粒射流类流体特征及产生原因。主要内容包括：(1)研究了粘性液体撞壁流液膜形态及表面波纹的产生和传播过程。结果表明：撞壁液膜形态受液体粘性和壁面直径的影响较大,液体粘度的增加使得撞壁液膜的尺寸增大；随着壁面直径的增大,撞壁液膜由“水钟”(water bell)形态转变为“水跃”(hydraulic jump)形态。当液体射流韦伯数(We)大于1000时,撞壁液膜表面出现波纹结构,反轴对称表面波纹对液膜破裂有明显的促进作用,沿径向方向表面波纹存在波的叠加现象。(2)研究了稠密颗粒撞壁流形态及颗粒膜表面波纹的产生和传播过程。结果表明：当颗粒粒径较小时,稠密颗粒撞壁流呈现出类似液体撞壁的颗粒膜形态；随着颗粒粒径的增大,稠密颗粒射流的固含率逐渐降低,颗粒与气体相互作用逐渐增强,颗粒的反弹现象更加剧烈,呈现出散射模式。此外,稠密颗粒撞壁流颗粒膜表面出现明显的波纹结构,颗粒膜表面波纹的叠加现象较液膜表面波纹更为显著,颗粒射流流量脉动是稠密颗粒撞壁流表面波纹产生的主要因素。(3)采用离散元软件对稠密颗粒射流撞壁过程进行了数值模拟。结果表明：不同射流速度和粒径下颗粒膜扩展角及颗粒运动速度的模拟结果和实验结果吻合良好,模拟结果很好的解释了稠密颗粒撞壁流颗粒膜和散射模式实验现象。通过统计计算域内颗粒位置分布、速度分布和能量分布,发现固含率越高,颗粒反弹概率越低,颗粒速度和能量越均一,从而越容易呈现出颗粒膜的运动形态。
【关键词】：粘性液体射流 稠密颗粒射流 撞壁流 类流体 离散元模拟
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ546;TQ021
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 主要符号说明11-13
• 第一章 前言13-15
• 1.1 研究背景13
• 1.2 研究内容13-15
• 第二章 文献综述15-30
• 2.1 撞壁流概述15
• 2.2 液体撞壁流研究进展15-21
• 2.2.1 撞壁液膜形态特征15-17
• 2.2.2 撞壁液膜振荡特征17-18
• 2.2.3 撞壁流影响因素18-21
• 2.3 稠密颗粒撞壁流研究进展21-24
• 2.3.1 稠密颗粒撞壁流运动特征21-23
• 2.3.2 稠密颗粒撞壁流颗粒跳跃运动特征23-24
• 2.4 离散元方法及EDEM软件24-30
• 2.4.1 离散元方法简介24-25
• 2.4.2 EDEM软件介绍和求解过程25-28
• 2.4.3 离散单元法在稠密颗粒撞壁流的应用进展28-30
• 第三章 粘性液体撞壁流的形态及运动特征30-42
• 3.1 实验装置和方法30-32
• 3.1.1 实验装置及流程30-31
• 3.1.2 液体撞壁流示意图31-32
• 3.2 液体撞壁流的运动特征32-38
• 3.2.1 水射流撞壁液膜形态32
• 3.2.2 粘度对液体撞壁流运动特征的影响32-35
• 3.2.3 壁面直径对液体撞壁流液膜的影响35-38
• 3.3 撞壁液膜表面波纹38-41
• 3.3.1 撞壁液膜表面波纹的传播特征38-40
• 3.3.2 表面波纹传播过程对撞壁液膜的影响40-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第四章 稠密颗粒撞壁流的形态及运动特征42-52
• 4.1 实验装置和方法42-44
• 4.1.1 实验装置及流程42
• 4.1.2 稠密颗粒撞壁流示意图42-43
• 4.1.3 速度测量方法43-44
• 4.2 稠密颗粒撞壁流的运动特征44-46
• 4.2.1 射流速度对稠密颗粒撞壁流的影响44
• 4.2.2 颗粒粒径对稠密颗粒撞壁流的影响44-46
• 4.3 稠密颗粒撞壁流特征分析46-47
• 4.3.1 颗粒膜扩展角46
• 4.3.2 稠密颗粒撞壁流径向速度分布46-47
• 4.4 颗粒撞壁流表面波纹47-51
• 4.4.1 颗粒撞壁流表面波纹可视化研究47-48
• 4.4.2 表面波纹特征及影响因素分析48-51
• 4.5 本章小结51-52
• 第五章 稠密颗粒撞壁流特征EDEM模拟52-64
• 5.1 模拟参数设定52-54
• 5.1.1 模拟颗粒材料及颗粒的物理属性52
• 5.1.2 定义模型的运动学特性52-53
• 5.1.3 模拟参数设置53-54
• 5.2 实验与模拟结果的对比分析54-56
• 5.3 稠密颗粒射流撞壁过程的模拟分析56-63
• 5.3.1 D_(jet)/D_(par)对稠密颗粒撞壁流的影响57-58
• 5.3.2 固含率对颗粒撞壁流运动特征的影响58-61
• 5.3.3 稠密颗粒射流撞壁过程的速度及能量分析61-63
• 5.4 本章小结63-64
• 第六章 全文结论与展望64-66
• 6.1 全文结论64-65
• 6.2 展望65-66
• 参考文献66-70
• 致谢70-71
• 攻读硕士期间发表和投稿论文71

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 赵伟;陆海峰;郭晓镭;龚欣;;CPFD在细颗粒料仓下料中的应用[J];化工学报;2015年02期

2 黄国峰;李伟锋;屠功毅;王辅臣;;对置液柱撞击液膜破裂特征[J];化工学报;2014年10期

3 吕慧;李伟锋;许建良;刘海峰;;稠密气固两相旋转射流在气源扰动作用下的流动特征[J];化工学报;2012年02期

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本文编号：353171