《哈尔滨工业大学》2009年硕士论文

发布时间：2016-10-21 13:28

  本文关键词：液滴蒸发一维数学模型及其在二甲醚喷雾中的应用，由笔耕文化传播整理发布。

《哈尔滨工业大学》 2009年

球形液滴蒸发的对流传热数值模拟

沈淳  

【摘要】： 球形燃料液滴的蒸发过程是各类热机燃烧室内燃料燃烧过程的重要阶段,直接影响设备运行的可靠性与技术性能。目前,在对液滴蒸发数值模拟时,都是假设液滴表面对流换热系数均匀,然后通过实验关联式求得,由于实际流动场的复杂性,液滴表面特性并不是均匀,因此了解液滴表面的局部蒸发特性,各种实验关联式计算所得努塞尔数与根据实际流动场中传热传质特性计算而得努塞尔数之间的差别,对于更进一步了解流动场中液滴蒸发作用都有很大的意义。 本文首先通过商业软件FLUENT以及其自带自定义函数(UDF),对等温液滴平衡蒸发模型进行等效,建立了不考虑半径变化的变物性等温液滴平衡蒸发的整场数值模拟计算模型。在上述模型的基础上分析并总结了以下内容: 1.对低雷诺数小粒径条件下的正葵烷液滴蒸发过程进行数值模拟,分析了液滴表面的蒸发流动(斯蒂芬流)以及局部换热(局部奴塞尔数)特性。数值计算结果表明,在考虑液滴表面传质的情况下,对于相同的液滴温度,相同的来流雷诺数而言,粒径不等的液滴,表面无量纲斯蒂芬流和液滴表面相应位置的局部努赛尔数未必相等,这与来流冲击表面无传质硬球规律不一致。总结了液滴蒸发过程中影响液滴表面斯蒂芬流分布的因素。 2.将不同条件下的液滴平均奴塞尔数,与用液滴蒸发计算中常用到的五个实验关联式计算所得经验奴塞尔数进行了比较,计算出两者的相对误差,分析了产生误差的部分原因。 考虑到等温平衡液滴整场数值模型的局限性,本文还建立了液滴内部流动场数值计算模型,并且编制和调试了相应计算程序,为下一步建立更为全面的液滴蒸发整场数值计算模型打下基础。

【关键词】：
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TK124
【目录】：

摘要3-4

Abstract4-9

第一章 绪论9-16

1.1 课题来源及研究的目的和意义9

1.2 国内外在该方向的研究现状及分析9-14

1.2.1 国外研究现状9-12

1.2.2 国内研究现状12-14

1.3 本课题主要研究内容14-16

第二章 基于FLUENT 的对流换热模拟方法16-23

2.1 FLUENT 数值求解基本理论16-19

2.1.1 通用控制方程离散16-17

2.1.2 基于压力的Simple 求解器17-18

2.1.3 FLUENT 收敛判据——基于压力的求解器残差(residuals)18-19

2.2 FLUENT 中自定义函数(UDF)19-22

2.2.1 FLUENT 求解过程中调用 UDF 的顺序20

2.2.2 UDF 中数据结构20-22

2.2.3 UDF 中的DEFINE 宏22

2.2.4 UDF 中的调用和改变求解器中数据的宏22

2.3 本章小节22-23

第三章 液滴表面局部蒸发特性分析23-38

3.1 物理模型简化23-24

3.2 控制方程24-25

3.2.1 液滴外流场24

3.2.2 液滴部分控制方程24-25

3.3 物性25-27

3.4 数值计算27-31

3.4.1 UDF 编写27-29

3.4.2 网格选定29-31

3.5 计算结果及分析31-37

3.5.1 液滴表面局部努赛尔数Nu_θ特性32-33

3.5.2 液滴表面斯蒂芬流v_s特性33-35

3.5.3 液滴周围分界轮廓线特性35-37

3.6 本章小结37-38

第四章 实验关联式比较分析38-49

4.1 引言38

4.2 物理模型38-41

4.2.1 发动机通道中的液滴蒸发模型38-40

4.2.2 整场数值模拟液滴蒸发模型40-41

4.3 物性41-42

4.4 结果比较分析42-47

4.4.1 Bird-Stewart 实验关联式比较42-43

4.4.2 Sirignano 实验关联式1 比较43-45

4.4.3 Sirignano 实验关联式2 比较45-46

4.4.4 Abramzon-Sirignano 实验关联式比较46

4.4.5 Haywood-Nzfziger 实验关联式比较46-47

4.5 本章小结47-49

第五章 液滴内部环流数值模拟研究49-59

5.1 引言49

5.2 液滴内部液相流动模型49-50

5.3 方程离散50-54

5.3.1 动量方程离散51-53

5.3.2 压力修正53-54

5.3.3 边界处理54

5.3.4 离散方程求解方法54

5.4 具体试算条件以及结果示意54-58

5.4.1 网格划分55

5.4.2 边界条件55-56

5.4.3 结果示意56-58

5.5 应用展望58-59

结论59-61

参考文献61-64

攻读学位期间发表的学术论文64-66

致谢66

下载全文 更多同类文献

CAJ全文下载

(如何获取全文？ 欢迎：购买知网充值卡、在线充值、在线咨询)

CAJViewer阅读器支持CAJ、PDF文件格式

【引证文献】

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 王淑春;液滴碰壁和对流条件下蒸发特性研究[D];大连理工大学;2012年

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王子祥;刘会猛;魏明锐;赵卫东;谭征宇;;二甲醚液滴高压蒸发的数值模拟[J];柴油机设计与制造;2006年04期

2 聂万胜,庄逢辰;一甲基肼的高压蒸发研究[J];国防科技大学学报;1997年05期

3 丁继贤;孙凤贤;姜任秋;;对流条件下环境压力对液滴蒸发的影响研究[J];哈尔滨工程大学学报;2007年10期

4 刘卫东,周进,王振国;振荡环境下推进剂液滴亚临界蒸发响应特性[J];航空动力学报;2001年01期

5 蒋勇,朱宁,陈军,范维澄;喷雾过程液滴蒸发计算研究[J];火灾科学;2001年01期

6 毕小平,马志雄,韩树,尹胜波,李燕军;柴油机喷雾蒸发混合和燃烧的数值模拟[J];内燃机工程;2000年04期

7 李云清;何鹏;;超临界环境下燃料液滴蒸发过程的计算研究[J];内燃机学报;2008年01期

8 魏明锐,汪云,刘永长,文华,张煜盛;液滴蒸发一维数学模型及其在二甲醚喷雾中的应用[J];燃烧科学与技术;2005年01期

9 赵治国;解茂昭;;泡沫陶瓷中燃油喷雾液滴蒸发混合的数值研究[J];燃烧科学与技术;2006年03期

10 吴宝元,葛李虎,谭永华,刘红军;煤油液滴在富氧燃气中不稳定燃烧的数值研究[J];推进技术;2004年01期

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 金光;宋兴旺;王华;;高温烟气中水滴非等温蒸发的数值模拟研究[J];四川有色金属;2011年01期

2 许建柳;;复合墙体室内温度响应研究[J];四川建筑科学研究;2010年03期

3 王晓璐;黄大宇;;节能多孔砖墙体热工性能的数值计算及应用分析[J];四川建筑科学研究;2010年04期

4 周传辉;吴银光;陈华良;;双层皮玻璃幕墙风口的确定[J];四川建筑科学研究;2011年02期

5 陈威;张爱国;刘倩;戴青;;含湿多孔介质应用于建筑墙体的制冷性能分析[J];四川建筑科学研究;2011年06期

6 鲁嘉华;张志英;;地铁岛式站台火灾环境监测与控制[J];安徽大学学报(自然科学版);2009年01期

7 马淼;田懋;景何仿;李春光;;天然河道数值模拟中网格生成中插值方法的研究及应用[J];安徽农业科学;2011年28期

8 金玲;刘妍华;;CFD在温室室内环境研究中的应用[J];安徽农业科学;2012年07期

9 纪献兵;林文贤;刘滔;;数值模拟在建筑一体化太阳房设计中的应用[J];中国建设动态.阳光能源;2005年06期

10 李彦梅;徐英;张涛;李强;;单弯头安装条件对内锥流量计性能影响的仿真研究[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2009年02期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 王利希;周健;Jimmy Tsang;潘乐燕;;汽车空调风道设计及验收方法[A];第七届中国CAE工程分析技术年会暨2011全国计算机辅助工程（CAE）技术与应用高级研讨会论文集[C];2011年

2 栾卫涛;李永安;;空气-空气能量回收装置阻力性能的数值模拟研究[A];2011年全国冷冻冷藏行业与山东制冷空调行业年会暨绿色低碳新技术研讨会论文集[C];2011年

3 蔡明庆;刘学来;李永安;;直埋供热管道固定墩热桥能耗分析及节能措施[A];2011年全国冷冻冷藏行业与山东制冷空调行业年会暨绿色低碳新技术研讨会论文集[C];2011年

4 王沣浩;颜亮;冯琛琛;王新轲;;地源热泵岩土热响应测试影响因素分析[A];走中国创造之路——2011中国制冷学会学术年会论文集[C];2011年

5 陈爱强;杨昭;尹海蛟;张娜;;长圆柱形果蔬冷激处理过程传热特性分析[A];走中国创造之路——2011中国制冷学会学术年会论文集[C];2011年

6 崔帅;吴学红;苟秋平;吕彦力;朱兴旺;;球突翅片的传热与流动特性及等效热阻数值分析[A];走中国创造之路——2011中国制冷学会学术年会论文集[C];2011年

7 苟秋平;吴学红;吕彦力;朱兴旺;;半球突开缝翅片的优化设计及性能评价[A];走中国创造之路——2011中国制冷学会学术年会论文集[C];2011年

8 孟志强;吴学红;张文慧;吕彦力;;环境温湿度对冷藏陈列柜食品影响的三维数值模拟[A];走中国创造之路——2011中国制冷学会学术年会论文集[C];2011年

9 罗志明;吴学红;苟秋平;崔帅;吕彦力;;小管径三角翼翅片管换热的传热与流动的数值模拟[A];走中国创造之路——2011中国制冷学会学术年会论文集[C];2011年

10 张敏;罗毅;晏刚;;立式封闭式陈列柜送回风方式优化研究[A];走中国创造之路——2011中国制冷学会学术年会论文集[C];2011年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 李佳;载人潜器阻力性能的数值和试验预报及外形优化研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

2 王革;有壁面质量注入通道流体动力学典型问题分析[D];哈尔滨工程大学;2009年

3 王忠义;船用燃气轮机排气引射装置性能研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

4 潘健怡;铝合金型材挤压的数值模拟及模具结构优化研究[D];华南理工大学;2010年

5 付强;1000MW核电站离心式上充泵水力设计与结构可靠性研究[D];江苏大学;2010年

6 左远志;熔融盐高温斜温层混合蓄热的热过程特性[D];华南理工大学;2010年

7 杨建国;电站锅炉煤粉空气富氧直接点火技术的理论及应用研究[D];浙江大学;2010年

8 胡军强;气动—柴油混合动力发动机工作过程研究[D];浙江大学;2009年

9 霍玉双;基于力平衡条件下等离子弧焊小孔形状分析[D];山东大学;2010年

10 金玉珍;激励喷嘴作用下纱线—气流场特性研究[D];浙江大学;2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 蒋晶晶;糙率变化对圣维南方程组数值解的影响[D];郑州大学;2010年

2 姜英芳;交汇式溢洪道模型试验研究和数值模拟[D];郑州大学;2010年

3 罗富强;扁管管壳式换热器数值模拟研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

4 刘广山;流量周期性变化流场数值分析[D];哈尔滨工程大学;2010年

5 丁铜伟;强内热源多孔介质条通道流动换热实验技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

6 李铁军;多级除尘器气动性能分析[D];哈尔滨工程大学;2010年

7 杨文强;孔群喷注噪声理论与实验研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

8 吴曙亮;横向来流对等离子点火器点火区域的影响[D];哈尔滨工程大学;2010年

9 杨青松;中小型LNG船C型独立液货舱支座设计研究[D];大连理工大学;2010年

10 王宗鹏;基于有限体积法的液滴撞击固体平壁数值模拟[D];大连理工大学;2010年

【同被引文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王子祥;刘会猛;魏明锐;赵卫东;谭征宇;;二甲醚液滴高压蒸发的数值模拟[J];柴油机设计与制造;2006年04期

2 丁继贤;孙凤贤;姜任秋;;对流条件下环境压力对液滴蒸发的影响研究[J];哈尔滨工程大学学报;2007年10期

3 孙凤贤;王银燕;;辐射与对流耦合加热下正十二烷液滴的蒸发特性[J];航空动力学报;2008年11期

4 倪培永;王忠;毛功平;袁银男;;静止环境中甲醇液滴蒸发的数值模拟[J];江苏大学学报(自然科学版);2010年03期

5 刘红;王淑春;解茂昭;贾小娟;汪永丽;;双液滴垂直碰撞等温壁面过程分析[J];江苏大学学报(自然科学版);2012年03期

6 周轶;郭加宏;陈红勋;;格子Boltzmann方法模拟双液滴撞击液膜的流动过程[J];计算物理;2010年01期

7 袁德奎,陶建华;用Level Set方法求解具有自由面的流动问题[J];力学学报;2000年03期

8 李云清;王宏楠;王德福;;状态方程对高温高压条件下燃料液滴蒸发计算的影响[J];内燃机学报;2009年04期

9 刘红;王淑春;解茂昭;贾明;史俊瑞;史玉凤;;单液滴撞击薄液膜产生二次雾化过程的数值模拟[J];燃烧科学与技术;2012年01期

10 胡雷;郭加宏;王小永;;格子Boltzmann方法模拟双液滴同时冲击固体表面液膜[J];水动力学研究与进展A辑;2011年01期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 苏凌宇;基于液滴蒸发过程的空气加热器低频不稳定燃烧研究[D];国防科学技术大学;2009年

中国硕士学位论文全文数据库 前3条

1 王春海;基于CLSVOF方法的单液滴碰壁铺展过程的模拟研究[D];北京交通大学;2011年

2 丁继贤;单液滴蒸发的压力效应与热环境影响研究[D];哈尔滨工程大学;2007年

3 李燕;液滴撞击加热固体平壁变形过程的数值模拟[D];大连理工大学;2009年

【二级参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 庄逢辰,陈新华;燃料液滴高压蒸发理论[J];工程热物理学报;1982年03期

2 陈则韶,胡芃,程文龙;饱和蒸气密度、焓和蒸发潜热的通用对比态推算式[J];工程热物理学报;2003年02期

3 周进,吴道洪,庄逢辰;液体推进剂液滴高压蒸发研究[J];国防科技大学学报;1993年02期

4 聂万胜,庄逢辰;一甲基肼的高压蒸发研究[J];国防科技大学学报;1997年05期

5 方文军,雷群芳,林瑞森;碳氢燃料的蒸气压与气-液平衡测定[J];浙江大学学报(理学版);2003年05期

6 蒋勇,朱宁,陈军,范维澄;喷雾过程液滴蒸发计算研究[J];火灾科学;2001年01期

7 汪海清,刘永长,贺萍,宋军;燃油液滴高压蒸发规律探讨[J];华中理工大学学报;1996年08期

8 毕小平,张更云,韩树;一个柴油喷雾与壁面碰撞的数学模型[J];内燃机工程;1997年04期

9 毕小平，，韩树;一个直喷式柴油机的准维燃烧模型[J];内燃机学报;1995年03期

10 李云清,钱耀义,罗滇生;单滴碳氢燃料的燃烧特性[J];燃烧科学与技术;2000年04期

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 卢智利,丁国良,曹家枞;燃气水加热器用翅片管换热器传热特性的实验[J];上海交通大学学报;2002年10期

2 楚洁品,韩松,陈福,宋泽普;膜式省煤器传热系数的实验关联式[J];锅炉技术;1997年01期

3 杜小泽;杨立军;金衍胜;姜剑波;杨勇平;;火电站直接空冷凝汽器传热系数实验关联式[J];中国电机工程学报;2008年14期

4 杜小泽;金衍胜;姜剑波;杨立军;杨勇平;席新铭;;火电厂直接空冷凝汽器传热性能实验研究[J];工程热物理学报;2009年01期

5 王迎慧;归柯庭;施明恒;;磁流化床磁稳流化区域的确定及影响因素[J];化工学报;2007年01期

6 刘启明;夏国栋;刘青;马晓雁;马重芳;;歧管式微通道流动特性的研究[J];工程热物理学报;2007年01期

7 石友妮;冯丽丽;杜小泽;;人字形板式换热器传热和阻力性能的测试[J];现代电力;2008年06期

8 万金庆;郁鸿凌;李瑞阳;;电水动力学强化垂直平板凝结换热的实验关联[J];上海理工大学学报;2006年03期

9 赵桂生;路广遥;王经;;管束间狭窄通道单相及沸腾流动传热实验关联式[J];上海交通大学学报;2009年02期

10 万金庆;李瑞阳;郁鸿凌;;EHD强化垂直管内凝结换热的实验研究[J];清华大学学报(自然科学版);2009年11期

中国重要会议论文全文数据库 前2条

1 杨鑫秋;王萌;黎志明;赵亮;董辉;;固定床内气固传热模型的研究进展[A];2010全国能源与热工学术年会论文集[C];2010年

2 张旭;高晓兵;秦慧敏;陈沛霖;;土壤及其与黄沙混合物导热系数的实验研究[A];全国暖通空调制冷2000年学术年会论文集[C];2000年

中国博士学位论文全文数据库 前6条

1 于意奇;大尺度平板水膜流动行为的数值模拟和试验研究[D];上海交通大学;2012年

2 陶毓伽;大功率固体激光器冷却研究[D];中国科学院研究生院（工程热物理研究所）;2010年

3 陈常念;卧式螺旋管内临界热流密度特性及其流体模化方法研究[D];山东大学;2010年

4 常威;矩形细通道内流动沸腾特性分析及实验研究[D];山东大学;2012年

5 陈雁;地热井下换热器的模拟实验与理论研究[D];天津大学;2009年

6 李春燕;超临界锅炉水冷壁管温度数值计算与研究[D];华北电力大学（河北）;2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 金衍胜;火电厂直接空冷系统传热性能实验研究[D];华北电力大学（北京）;2009年

2 任福虎;水平环形窄缝流道内流动过冷沸腾换热机理的理论和实验研究[D];内蒙古科技大学;2008年

3 邢栋;变压器绕组油道内的对流换热性能实验研究[D];河北工业大学;2012年

4 汪超;机械通风逆流盐水冷却塔节水性能的实验研究[D];浙江大学;2013年

5 高园园;GH-4型LED路灯散热器传热研究[D];重庆大学;2011年

6 王晓艳;水平蛇形管内传热特性实验研究[D];山东理工大学;2011年

7 陈卓楷;超声雾化水雾的除尘机理和在实验中的应用研究[D];广东工业大学;2007年

8 李冠文;超声波雾化技术在油烟净化上的应用研究[D];广东工业大学;2008年

9 牛小翠;木质素悬浮液管式降膜蒸发传热研究[D];郑州大学;2011年

10 李明磊;低温余热回收利用强化换热技术及数值模拟研究[D];昆明理工大学;2011年

  本文关键词：液滴蒸发一维数学模型及其在二甲醚喷雾中的应用，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：148053