撞击流内液滴碰撞后续发展行为研究

发布时间：2017-05-12 20:02

  本文关键词：撞击流内液滴碰撞后续发展行为研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：通过两股或多股多相流体对撞使其动能骤变,由此引发的物理过程和化学过程的强化,是近年来化学反应工程与传递工程领域中广泛感兴趣的课题之一。然而,撞击流中颗粒群的运动和碰撞非常复杂,随机性极强,迄今为止,仍无法对其进行定量描述。本课题对气液两相撞击流内液滴碰撞及后续发展行为进行了实验和数值模拟。为了研究撞击流内液滴碰撞引起的聚并或二次雾化等后续发展行为,设计并搭建了气液两相撞击流实验平台,并辅以高速数码摄像系统,通过改变液滴的粒径、速度、粘度及碰撞角度等参数进行多组实验,采用高速数码摄像系统捕捉撞击流内液滴的碰撞过程,分析实验结果得出了液滴碰撞后续发展的一般规律及关键影响因素。实验结论如下:(1)两个液滴相向运动相互碰撞后,发生拉伸断裂的条件是:We≥6.29B-4,0.38B1;发生反射分离的条件是:We18.67[2(1.08-B)5/2-1]-1,0B0.28。(2)两液滴相向运动发生碰撞后,当进口液滴粒径和速度较小时,液滴碰撞后发生反射分离,而随着粒径和速度的无限增大,液滴碰撞后最终发生炸裂。(3)两液滴相向运动发生碰撞后,同一个碰撞韦伯数We可能对应不同的碰撞结果。(4)两液滴相向运动发生碰撞后,液滴粘度越大,发生碰撞后越不容易破碎。(5)两液滴相向运动发生碰撞后,液滴表面张力越大,发生碰撞后越容易破碎。(6)液滴同轴同向运动发生碰撞时,两液滴聚并;液滴以一定角度发生斜碰时,碰撞后发生拉伸断裂;液滴同轴相向运动时,相互碰撞后可能发生反射分离也可能炸裂。(7)两液滴同轴相向运动发生碰撞,在速度、粘度和碰撞角度一定的条件下,欧森数Oh越小,液滴碰撞后越容易发生破碎。建立了正确反映液滴碰撞及后续发展的理论模型,对撞击流内液滴碰撞导致的融合聚并或二次雾化过程进行了数值模拟,进而对两喷嘴之间区域液滴的粒径分布进行了理论研究,并分析了进口液滴粒径、速度、粘度及碰撞角度对撞击流内液滴粒径分布的影响规律。模拟结果表明:(1)进口液滴粒径越小、粘度越大,液滴碰撞后发生聚并的概率越大。(2)进口液滴速度较小时,液滴发生碰撞后全部聚合,继续增大进口液滴的速度,液滴碰撞后二次雾化的概率增大。(3)在相同条件下,液滴发生斜碰时二次雾化的概率比发生正碰时要大。
【关键词】：液滴碰撞 实验研究 数值模拟 粒径分布 影响因素
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ021
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-24
• 1.1 背景及意义10-11
• 1.2 撞击流技术11-17
• 1.2.1 撞击流的基本原理11-12
• 1.2.2 撞击流的分类12-14
• 1.2.3 撞击流的发展14-15
• 1.2.4 撞击流的基本特性15
• 1.2.5 撞击流的应用15-17
• 1.3 撞击流的研究现状17-18
• 1.3.1 实验研究现状17-18
• 1.3.2 数值模拟研究现状18
• 1.4 液滴碰撞结果的理论分析和数值模拟方法18-22
• 1.4.1 两液滴碰撞结果的理论分析19-20
• 1.4.2 两液滴碰撞结果的数值模拟方法20-22
• 1.5 液滴碰撞结果的研究现状22-23
• 1.6 本文主要研究内容23-24
• 第二章 实验系统24-33
• 2.1 引言24
• 2.2 撞击流内液滴碰撞的实验系统24-27
• 2.2.1 气路系统25
• 2.2.2 液路系统25
• 2.2.3 实验段25-26
• 2.2.4 测量与控制系统26-27
• 2.2.5 数据采集处理系统27
• 2.2.6 收集系统27
• 2.3 实验流程27-28
• 2.4 实验中各参数的控制及测量28-32
• 2.5 本章小结32-33
• 第三章 撞击流内液滴碰撞后续发展行为实验研究33-44
• 3.1 引言33
• 3.2 撞击流内液滴碰撞的实验结果与分析33-42
• 3.2.1 不同粒径和粘度大小对碰撞结果的影响38-39
• 3.2.2 不同速度和粘度大小对碰撞结果的影响39-40
• 3.2.3 不同表面张力大小对碰撞结果的影响40-41
• 3.2.4 不同碰撞角度大小对碰撞结果的影响41-42
• 3.2.5 不同欧森数Oh大小对碰撞结果的影响42
• 3.3 本章小结42-44
• 第四章 撞击流内液滴碰撞后续发展行为数值模拟44-55
• 4.1 引言44
• 4.2 几何模型及网格划分44-45
• 4.3 撞击流内气液两相流动的数学模型45-50
• 4.3.1 气相控制方程45-47
• 4.3.2 液滴颗粒运动方程及碰撞、破碎模型47-50
• 4.3.3 边界条件50
• 4.4 计算结果与分析50-54
• 4.4.1 进口液滴粒径的影响51
• 4.4.2 进口液滴速度的影响51-52
• 4.4.3 进口液滴粘度的影响52-53
• 4.4.4 进口液滴碰撞角度的影响53-54
• 4.5 本章小结54-55
• 第五章 结论和展望55-57
• 5.1 本文内容的总结55-56
• 5.2 展望56-57
• 参考文献57-63
• 致谢63-64
• 在学期间发表的学术论文及其他科研成果64

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