自由汇流旋涡Ekman抽吸演化机理
本文关键词: 自由汇流旋涡 Ekman边界层 Ekman抽吸 流体体积模型 出处:《物理学报》2016年05期 论文类型:期刊论文
【摘要】:自由汇流旋涡形成过程中有抽吸现象发生,是一个比较复杂的气液两相耦合过程,其中所涉及的Ekman层耦合及演化机理具有重要的科研价值与实际意义.针对上述问题,提出了一种自由汇流旋涡Ekman抽吸演化机理建模与分析方法.基于多相流体体积VOF模型与湍动能—耗散(k-ε)模型,建立了面向汇流旋涡Ekman抽吸演化的两相动力学模型.基于上述模型,分析初始转动速度分量、排流量与Ekman抽吸过程的内在联系,并揭示相关流场分布规律.研究结果表明:初始扰动不同,汇流旋涡的吸气孔、抽气孔距离容器底面边界的高度保持不变;初始扰动加强,吸气阶段转速增加,Ekman边界层厚度及抽吸高度增加,抽吸、贯穿阶段Ekman抽吸现象减弱;初始扰动恒定,Ekman抽吸高度保持不变,与排流量变化无关.研究结果可为自由汇流旋涡形成机理方面的研究提供有益参考,也可为冶金、化工领域的旋涡抑制控制提供技术支持.
[Abstract]:The phenomenon of suction occurs in the formation of free flow vortex, which is a complicated gas-liquid two-phase coupling process. The coupling and evolution mechanism of Ekman layer involved in it have important scientific research value and practical significance. A method for modeling and analyzing the evolution mechanism of free vortex Ekman pumping is presented, based on the volume VOF model of multiphase fluid and the turbulent kinetic energy dissipation k- 蔚 model. A two-phase dynamic model for the evolution of Ekman suction in confluence vortex is established. Based on the above model, the intrinsic relationship between the initial rotational velocity component, the discharge flow rate and the Ekman suction process is analyzed. The results show that the height between the suction hole and the bottom boundary of the vessel remains unchanged when the initial disturbance is different. When the initial disturbance is strengthened, the rotational speed increases in the suction stage, and the thickness of the Ekman boundary layer and the suction height increase, while the Ekman suction decreases during the period of suction. The Ekman suction height of the initial disturbance is constant and independent of the discharge rate. The results can provide a useful reference for the study of the formation mechanism of free vortex and also for metallurgy. Vortex suppression control in chemical industry provides technical support.
【作者单位】: 浙江工业大学机械工程学院特种装备制造与先进加工技术教育部/浙江省重点实验室;
【基金】:国家自然科学基金(批准号:51375446,51575494) 浙江省杰出青年科学基金(批准号:LR16E050001) 浙江省重点科学基金(批准号:LZ14E050001)资助的课题~~
【分类号】:O359
【正文快照】: 1 引言 研究汇流旋涡抽吸演化机理在冶金容器(转炉、钢包、中间包) 浇注、化工萃取分离、水利工程状态监控等工业领域具有重要实际意义 [1?7]. 上述工业实例共同之处为: 流体一般为两(多) 相流, 容器为薄壁管壳结构; 排流后期形成的两相旋涡抽吸过程使得表层相流体破裂, 并通
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,本文编号:1470146
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