空气自由射流能量分离动力学的数值模拟研究
发布时间：2021-11-06 02:44
“能量分离”是指流体在无外力做功或热交换的情况下自发产生一部分高温区域和另一部分低温区域的现象。涡流管是一种能量分离装置,气体在喷嘴内经过压缩膨胀,进入涡流管高速旋转,经过涡流变换后分离成高低温两股不同的气流。射流、涡流、绕钝体流等流体内也会产生能量分离,但与涡流管内的能量分离机理不同。当前,国内对能量分离现象的研究主要集中在涡流管及涡流板等技术应用层面,对流体领域内的能量分离涉及极少,而国外对此做了很多实验性和理论性的深入研究。迄今为止,流体领域内的能量分离机理还没有确切理论进行解释。因此基于国外成功的实验和数值研究经验和无量纲湍流控制方程,对于国内这一鲜有涉足领域,本文引入空气自由射流,在充分利用前人理论和实验方法的基础上,探究空气自由射流能量分离的形成机理。数值模拟入口速度均为亚音速时空气自由射流的能量分离现象,并考虑速度（Re数）、压力、声激励因素对能量分离现象的影响,得出一系列结论。具体的研究内容如下:（1）通过FLUENT软件,采用UDF功能数值模拟了空气自由射流入口Re数为410000的自由射流流场,给出空气自由射流流场能量分离因子分布云图、总压分布云图、涡量分布云图并分...
【文章来源】：浙江理工大学浙江省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
涡流管涡流管的结构原理非常简单，压缩气体从喷嘴进入并在喷嘴内膨胀后以较高的速度沿切线方向进入涡流室，气流在涡流室内高速旋转并分离成两股温度不同的很强的涡流，位
图 1.2 自由射流对射流中的能量分离已做过许多相关实验研究和数值模拟研究要集中在涡流管及涡流板等技术应用层面，对流体领域内的能国外成功的实验与数值研究，对于国内这一鲜有涉足领域，本流，对空气自由射流流场内能量分离现象进行数值模拟。基于分利用前人理论和实验方法的基础上，预计从理论和数值模拟空气自由射流能量分离现象的存在以及亚音速下雷诺数、声激量分离的影响，探究空气自由射流能量分离的形成机理。离具有广泛的应用前景，如提高气膜冷却效率、实现发电厂无个很重要的问题就是最大化提高冷却效率，而射流中的能量分体分布，从而对冷却效率产生一定影响；无油点火技术是一种火技术，将射流能量分离的特性应用到锅炉无油发电技术中，
设置喷管出口直径 D 为 20 mm，计算模型如图2.1 所示。图 2.1 计算模型示意图由于喷管出口二维截面可以有效描述空气自由射流能量分离现象过程，因此计算域采取二维计算。整个计算域是一个 300 mm×100 mm 的长方形（如图 2.2 所示）。左侧下部射流入口速度距离为 10 mm，左侧上部则为壁面，长度为 90 mm,其余两侧均为出口流动，对亚音速 0.15 Ma-0.9 Ma 范围内的空气自由射流能量分离现象进行数值模拟研究。图 2.2 计算区域示意图（单位：mm）2.1.3 网格划分、边界条件网格的划分采用 Gambit 2.4.6，划分的计算区域为 300 mm×100 mm 的二维长方形区域，如图 2.3 和图 2.4 所示。网格全部采用四边形结构化网格划分，为了能更准确清晰地显示出空气自由射流边界层外能量分离效应
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于涡流管的能量分离模拟研究[J]. 李文超. 管道技术与设备. 2018(04)
[2]喷嘴结构对涡流管性能影响的研究[J]. 汤振豪,余晓明,丁义萍. 低温与超导. 2018(06)
[3]三维数值模拟冷孔板孔径对涡流管能量分离特性的影响[J]. 何丽娟,潘鹏,黄艳伟,孙尚志. 真空科学与技术学报. 2018(03)
[4]涡流加热技术在燃气调压系统的应用[J]. 白宏. 煤气与热力. 2017 (11)
[5]涡流管性能实验研究及优化[J]. 申江,边煜竣,郭欣炜. 低温与超导. 2017(03)
[6]龙卷旋涡的真空与能量分离特性研究[J]. 祁海鹰,黄兴亮,胡羽,李科,孙新玉,王志鹏. 清华大学学报(自然科学版). 2016(08)
[7]涡流管的三维数值模拟及其实验研究[J]. 张佳卫,宋丹路. 机械设计与制造. 2015(05)
[8]两厢车空气动力阻力数值解与网格无关性研究[J]. 余皓,杨志刚,朱晖. 计算机仿真. 2013(01)
[9]声激励下自由射流的涡量场[J]. 朱旻明,赵平辉,陈义良,白雪松,Laszlo Fuchs. 工程热物理学报. 2012(10)
[10]基于黏性理论的军队临床医学博士质量评价初始指标体系的构建[J]. 于硕,扈国栋. 价值工程. 2011(32)
博士论文
[1]蒸汽喷射器内流动与相变特性的研究[D]. 武洪强.北京工业大学 2017
硕士论文
[1]某款汽油机排气歧管的流动和结构性能分析[D]. 赵俊男.吉林大学 2018
[2]气膜冷却流场及能量分离的实验研究[D]. 刘岚菲.浙江理工大学 2015
[3]锻造车间火焰切割烟气流动特性及控制方案研究[D]. 李攀.东华大学 2014
[4]螺旋侧板抑制海洋立管涡激振动的机理研究[D]. 郑婷婷.江苏科技大学 2013
[5]气相爆燃（轰）法合成纳米二氧化锡及表征分析[D]. 李恒玺.大连理工大学 2012
[6]涡流管能量分离过程的实验研究[D]. 马廷全.北京工业大学 2002
本文编号：3479004
【文章来源】：浙江理工大学浙江省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
涡流管涡流管的结构原理非常简单，压缩气体从喷嘴进入并在喷嘴内膨胀后以较高的速度沿切线方向进入涡流室，气流在涡流室内高速旋转并分离成两股温度不同的很强的涡流，位
图 1.2 自由射流对射流中的能量分离已做过许多相关实验研究和数值模拟研究要集中在涡流管及涡流板等技术应用层面，对流体领域内的能国外成功的实验与数值研究，对于国内这一鲜有涉足领域，本流，对空气自由射流流场内能量分离现象进行数值模拟。基于分利用前人理论和实验方法的基础上，预计从理论和数值模拟空气自由射流能量分离现象的存在以及亚音速下雷诺数、声激量分离的影响，探究空气自由射流能量分离的形成机理。离具有广泛的应用前景，如提高气膜冷却效率、实现发电厂无个很重要的问题就是最大化提高冷却效率，而射流中的能量分体分布，从而对冷却效率产生一定影响；无油点火技术是一种火技术，将射流能量分离的特性应用到锅炉无油发电技术中，
设置喷管出口直径 D 为 20 mm，计算模型如图2.1 所示。图 2.1 计算模型示意图由于喷管出口二维截面可以有效描述空气自由射流能量分离现象过程，因此计算域采取二维计算。整个计算域是一个 300 mm×100 mm 的长方形（如图 2.2 所示）。左侧下部射流入口速度距离为 10 mm，左侧上部则为壁面，长度为 90 mm,其余两侧均为出口流动，对亚音速 0.15 Ma-0.9 Ma 范围内的空气自由射流能量分离现象进行数值模拟研究。图 2.2 计算区域示意图（单位：mm）2.1.3 网格划分、边界条件网格的划分采用 Gambit 2.4.6，划分的计算区域为 300 mm×100 mm 的二维长方形区域，如图 2.3 和图 2.4 所示。网格全部采用四边形结构化网格划分，为了能更准确清晰地显示出空气自由射流边界层外能量分离效应
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于涡流管的能量分离模拟研究[J]. 李文超. 管道技术与设备. 2018(04)
[2]喷嘴结构对涡流管性能影响的研究[J]. 汤振豪,余晓明,丁义萍. 低温与超导. 2018(06)
[3]三维数值模拟冷孔板孔径对涡流管能量分离特性的影响[J]. 何丽娟,潘鹏,黄艳伟,孙尚志. 真空科学与技术学报. 2018(03)
[4]涡流加热技术在燃气调压系统的应用[J]. 白宏. 煤气与热力. 2017 (11)
[5]涡流管性能实验研究及优化[J]. 申江,边煜竣,郭欣炜. 低温与超导. 2017(03)
[6]龙卷旋涡的真空与能量分离特性研究[J]. 祁海鹰,黄兴亮,胡羽,李科,孙新玉,王志鹏. 清华大学学报(自然科学版). 2016(08)
[7]涡流管的三维数值模拟及其实验研究[J]. 张佳卫,宋丹路. 机械设计与制造. 2015(05)
[8]两厢车空气动力阻力数值解与网格无关性研究[J]. 余皓,杨志刚,朱晖. 计算机仿真. 2013(01)
[9]声激励下自由射流的涡量场[J]. 朱旻明,赵平辉,陈义良,白雪松,Laszlo Fuchs. 工程热物理学报. 2012(10)
[10]基于黏性理论的军队临床医学博士质量评价初始指标体系的构建[J]. 于硕,扈国栋. 价值工程. 2011(32)
博士论文
[1]蒸汽喷射器内流动与相变特性的研究[D]. 武洪强.北京工业大学 2017
硕士论文
[1]某款汽油机排气歧管的流动和结构性能分析[D]. 赵俊男.吉林大学 2018
[2]气膜冷却流场及能量分离的实验研究[D]. 刘岚菲.浙江理工大学 2015
[3]锻造车间火焰切割烟气流动特性及控制方案研究[D]. 李攀.东华大学 2014
[4]螺旋侧板抑制海洋立管涡激振动的机理研究[D]. 郑婷婷.江苏科技大学 2013
[5]气相爆燃（轰）法合成纳米二氧化锡及表征分析[D]. 李恒玺.大连理工大学 2012
[6]涡流管能量分离过程的实验研究[D]. 马廷全.北京工业大学 2002
本文编号：3479004
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