液滴碰撞实验与数值研究

发布时间：2023-02-19 12:47

　　核电站中所用的波形板汽水分离器中存在二次携带现象，而造成二次携带的原因主要是液滴撞击固体表面和壁面液膜产生二次液滴导致的。二次携带会对核电站的安全性和经济性造成影响。因此，深入研究液滴碰撞过程对核电设备的发展具有深刻的意义。 本文利用高速摄影仪对液滴与固体表面的碰撞过程进行实验研究，然后利用OpenFoam软件，结合大涡模拟模型LES，采用VOF方法，对液滴与表面碰撞过程进行数值计算；分析碰撞过程的速度与压力的分布特性，详细研究了液滴与表面的接触角、液滴直径、表面张力系数对碰撞过程的影响；最后通过该计算模型，研究了液滴与液膜碰撞过程中液滴碰撞速度、碰撞角度、液滴物性、液膜厚度对流动现象的影响。 实验研究结果表明：1、增加We数的同时增大Re数才能发生反弹。2、相同直径液滴在不同的碰撞速度下，到达铺展系数最大值所用的时间基本相同；液滴撞击速度越大，不对称性越小，液滴的振荡频率越小。 数值模拟结果表明：1、表面张力系数越大，到达最大铺展处的时间越快，铺展的范围也越小。2、液滴直径越小或者与表面的接触角越大，铺展范围越小，液滴到达最大铺展的时间越早，振荡幅度越大；振荡强度随碰撞速度减小而增强...

【文章页数】：85 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 研究背景及目的
    1.2 液滴碰撞壁面研究现状
        1.2.1 理论研究
        1.2.2 实验研究
        1.2.3 数值模拟
    1.3 液滴碰撞液膜研究现状
    1.4 本文的主要工作
第2章 基础理论概述
    2.1 大涡模拟和 VOF 模型基本原理
        2.1.1 引言
        2.1.2 大涡模拟
        2.1.3 VOF 方法
        2.1.4 表面张力与 CSF 模型
        2.1.5 OpenFoam 简介
    2.2 液滴碰撞相关参数
        2.2.1 无量量纲
        2.2.2 液滴与固体表面的接触角
    2.3 本章小结
第3章 液滴与水平固体表面碰撞实验
    3.1 实验装置与方法
    3.2 实验液体、固体材料与工况
    3.3 实验结果与分析
        3.3.1 实验结果
        3.3.2 实验结果分析
    3.4 本章小结
第4章 液滴碰撞水平表面过程的数值研究
    4.1 初始参数的设定
    4.2 数值计算结果、压力场、流场分析
        4.2.1 水滴平铺现象分析
        4.2.2 水滴反弹现象分析
    4.3 影响碰撞过程参数的分析
        4.3.1 接触角对碰撞过程的影响
        4.3.2 液滴直径大小对碰撞过程的影响
        4.3.3 表面张力系数对碰撞过程的影响
    4.4 本章小结
第5章 液滴与固体表面液膜碰撞数值研究
    5.1 液滴碰撞速度的影响
    5.2 液滴碰撞角度的影响
    5.3 液滴物性的影响
    5.4 液膜厚度的影响
    5.5 本章小结
结论
参考文献
致谢



本文编号：3746249