垂直管内气液两相搅拌流研究

发布时间：2024-12-21 03:46

　　搅拌流是一种存在于垂直管内段塞流和环状流之间的重要流型,因为其复杂的流动形态,所以也被称为“乳膜状流”。搅拌流由于气液相在截面处占比的瞬时变化,因此该流型具有振荡和脉动特性,这种不稳定性会引起管道输送过程中动力、传热过程中的部件达到极限状态而引起损害,由于搅拌流广泛的存在于气液两相流中,在所有流型中对该流型的研究较少,所以对搅拌流的探究具有重要的研究价值和实际意义。本文采用三维几何模型,采用结构化网格划分,选择了欧拉-VOF多相流模型,RNG k-e湍流模型和无滑移边界条件。利用Fluent对垂直管内气液两相搅拌流进行了数值模拟。模拟研究了空气和液体水在垂直管内搅拌流流态下横截面和轴向截面的含气率,持液率及压降随时间的变化情况和在轴向方向的气液速变化情况。模拟观察到横截面的各个流动参数随时间的变化呈不规律的波动变化,原因是因为不同时间下气相裹挟着不同量的液相向上运动,数值曲线表明了横截面平均含气率随表观气速的增大而快速增大,随表观液速的增大而缓慢降低。分析了沿管长方向垂直管截面的含气率,持液率和气液速的变化情况。通过相云图分析得出了搅拌流的产生和发展过程,通过对比不同工况下的云图相印证了...

【文章页数】：84 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究意义和工程背景
    1.2 国内外研究现状
    1.3 本文主要研究内容
    1.4 技术路线
第二章 垂直管内气液搅拌流界面波机理分析
    2.1 垂直管内气液搅拌流界面波数学模型
        2.1.1 假设条件
        2.1.2 波形的选择
        2.1.3 界面波的机理分析
            2.1.3.1 界面波的质量守恒和动量守恒
            2.1.3.2 液膜厚度的分析
            2.1.3.3 搅拌流单元体上的受力分析
    2.2 常见的气液搅拌流形成机理
    2.3 垂直管内气液环状流向搅拌流流型转变分析
    2.4 本章小结
第三章 垂直管内气液搅拌流的数值模拟方法
    3.1 物理模型
    3.2 模型的建立和设置
        3.2.1 几何模型和网格划分
        3.2.2 计算模型的选取
        3.2.3 控制方程
        3.2.4 边界条件的设定
        3.2.5 数值求解的方法
    3.3 网格无关性验证
    3.4 本章小结
第四章 垂直管内气液两相搅拌流数值模拟设置
    4.1 Fluent求解器设置
        4.1.1 基础条件设置
        4.1.2 求解器控制体设置
    4.2 搅拌流数值模拟模型的验证
    4.3 搅拌流模拟工况的选择
    4.4 本章小结
第五章 垂直管内气液搅拌流数值模拟结果分析
    5.1 垂直管内不同横截面处的搅拌流截面含气率分析
        5.1.1 不同表观气速下的截面含气率的对比分析
        5.1.2 不同表观液速下的截面含气率的对比分析
        5.1.3 横截面平均含气率的对比分析
        5.1.4 横截面平均持液率的对比分析
    5.2 垂直管内沿管长方向截面的搅拌流截面含气率和持液率分析
        5.2.1 不同表观气速下的截面含气率和持液率的对比分析
        5.2.2 沿管长截面平均含气率的对比分析
    5.3 垂直管内气液相搅拌流分布分析
        5.3.1 沿管长方向垂直管气液搅拌流的分布分析
        5.3.2 不同横截面处的气液搅拌流相分布分析
        5.3.3 不同工况下垂直管截面的气液搅拌流相分布分析
    5.4 垂直管气液搅拌流流场分析
        5.4.1 沿管长方向垂直管截面气液搅拌流的气速分析
        5.4.2 沿管长方向垂直管截面气液搅拌流的液速分析
        5.4.3 沿管长方向的垂直管截面的气液速差分析
        5.4.4 垂直管内气液搅拌流的气相速度分布分析
    5.5 垂直管内气液搅拌流的压降分析
        5.5.1 不同表观气速下不同横截面处的截面平均压降的对比分析
        5.5.2 垂直管搅拌流的压力云图分析
    5.6 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间参加科研情况及获得的学术成果



本文编号：4018345