本文關(guān)鍵詞：高粘流體在折流板上的降膜流動

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【摘要】：高粘流體既包含牛頓流體又包含非牛頓流體。由于流體粘度較大,導(dǎo)致其流動困難。即使對于非牛頓流體,在速度較小時,依然可視為牛頓流體處理。目前研究較多的是低粘度的牛頓流體,對于高粘流體的研究較少。為了了解高粘流體在流動過程中的流場及其波動性,進(jìn)而掌握高粘流體的傳熱傳質(zhì)特點(diǎn),本文以水溶性硅油作為介質(zhì),通過實(shí)驗(yàn)和計算流體力學(xué)(Computational Fluid Dynamic,CFD)模擬,對其在折流板上的降膜流動過程中的速度分布,膜厚,表面更新頻率等進(jìn)行了研究。本文首先設(shè)計實(shí)驗(yàn)裝置和流程,通過實(shí)驗(yàn)對高粘流體的降膜流動過程進(jìn)行研究。實(shí)驗(yàn)中借助激光多普勒測速儀(LDA或LDV),可得到流體內(nèi)部各點(diǎn)的瞬時速度。根據(jù)計算機(jī)顯示信號,可得到液膜厚度。實(shí)驗(yàn)首先研究了液體流量、粘度對膜厚的影響,并回歸出經(jīng)驗(yàn)公式。接著研究降膜高度和橫向位置對膜厚分布的影響。在研究速度分布過程中,首先驗(yàn)證平均速度隨時間的變化,確保在不同時間段內(nèi)測量的速度保持一致。接著,在距板面不同距離處,分別測量了流動方向、板寬方向的速度分布,并得到較為合適的測量位置。在該位置處的不同流量和不同粘度下,分別測量了沿膜厚方向的速度分布。將測得結(jié)果與Nusselt理論值比較,發(fā)現(xiàn)膜厚和速度的實(shí)驗(yàn)值均較Nusselt理論值大。最后得到在一定流量和粘度下的液膜表面更新速率。運(yùn)用CFD模擬高粘流體在折流板上的流動情況。邊界條件均與實(shí)驗(yàn)條件一致。分別比較在不同流量和粘度下,在第三塊折流板上的膜厚和平均速度。在各個位置上的速度沿膜厚方向的分布,均呈現(xiàn)拋物線狀;隨著流量的增加,膜厚增厚,速度增大;隨著粘度的增加,膜厚增厚,速度減小。綜合比較發(fā)現(xiàn),平均速度的模擬值較實(shí)驗(yàn)值偏小,膜厚的模擬值較實(shí)驗(yàn)值偏大。在較大流量、較高粘度的情況下,模擬值與實(shí)驗(yàn)值更為接近,其誤差在9%以下。通過實(shí)驗(yàn)和模擬可以發(fā)現(xiàn),盡管流體速度很小,但經(jīng)過折流板后,由于其對流體流動方向的改變,流體的流動產(chǎn)生了明顯的波動,加強(qiáng)了表面更新,這對于傳質(zhì)傳熱過程是比較有利的。
【關(guān)鍵詞】：高粘流體 降膜流動 激光多普勒測速儀(LDA) 計算流體力學(xué)(CFD) 液膜厚度
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TQ021
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 文獻(xiàn)綜述9-23
• 1.1 粘度9-13
• 1.1.1 粘度的基本概念9-11
• 1.1.2 粘度的測量11-13
• 1.2 自由降膜流動特性13-15
• 1.3 氣液兩相流動過程的測量方法15-19
• 1.3.1 熱線熱膜風(fēng)速儀(HWFA)15-16
• 1.3.2 激光多普勒測速儀(LDV或LDA)16-17
• 1.3.3 相位多普勒粒子分析儀（PDPA或PDA）17-18
• 1.3.4 粒子成像速度場儀(PIV)18-19
• 1.4 氣液兩相降膜流動過程的數(shù)值模擬19-20
• 1.5 高粘流體的降膜流動研究進(jìn)展20-21
• 1.6 本課題研究內(nèi)容21-23
• 第二章 折流板上的高粘流體降膜流動LDA測量實(shí)驗(yàn)23-45
• 2.1 相關(guān)物性參數(shù)測定23-26
• 2.1.1 密度的測量23-24
• 2.1.2 粘度的測量24
• 2.1.3 表面張力的測量24-25
• 2.1.4 接觸角的測量25-26
• 2.2 激光多普勒測速裝置及工作原理26-28
• 2.3 高粘流體降膜過程的LDA測量實(shí)驗(yàn)28-31
• 2.3.1 實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)流程28-29
• 2.3.2 實(shí)驗(yàn)測量方案29-31
• 2.3.3 實(shí)驗(yàn)操作步驟31
• 2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與討論31-43
• 2.4.1 液膜厚度31-34
• 2.4.2 液膜厚度分布34-35
• 2.4.3 液膜的速度及其分布35-41
• 2.4.4 液膜表面更新頻率41-43
• 2.5 小結(jié)43-45
• 第三章 折流板上高粘流體降膜流動的二維CFD模擬45-58
• 3.1 物理模型45-46
• 3.2 數(shù)學(xué)模型46-51
• 3.2.1 控制方程46-47
• 3.2.2 源相的確定47-49
• 3.2.3 初始條件49
• 3.2.4 邊界條件49-50
• 3.2.5 網(wǎng)格劃分50-51
• 3.2.6 數(shù)值求算方法51
• 3.3 計算結(jié)果及討論51-57
• 3.3.1 不同流量下的模擬值與實(shí)驗(yàn)值51-55
• 3.3.2 不同粘度下的模擬值與實(shí)驗(yàn)值55-57
• 3.4 小結(jié)57-58
• 第四章 結(jié)論與展望58-60
• 4.1 結(jié)論58-60
• 4.1.1 實(shí)驗(yàn)測量58-59
• 4.1.2 模擬結(jié)果59
• 4.1.3 展望59-60
• 參考文獻(xiàn)60-64
• 符號說明64-66
• 發(fā)表論文和參加科研情況說明66-67
• 致謝67-68

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：624885