發(fā)布時(shí)間：2017-10-15 08:26

  本文關(guān)鍵詞：液液噴射器引射結(jié)構(gòu)的數(shù)值模擬及優(yōu)化研究

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【摘要】：噴射器是利用射流紊亂擴(kuò)散作用來進(jìn)行能量傳遞和質(zhì)量傳遞的流體機(jī)械與混合設(shè)備,具有節(jié)能效果好、結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低廉、操作維修方便等顯著優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于國民生產(chǎn)的各個(gè)行業(yè)。然而,由于噴射器內(nèi)湍流混合過程的復(fù)雜性,存在著激波、粘性干擾、剪切層的相互作用,傳統(tǒng)的基于實(shí)驗(yàn)和流程尺度模擬計(jì)算的方法難以取得內(nèi)部流動的詳細(xì)信息。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,數(shù)值模擬已經(jīng)成為噴射器內(nèi)部流場研究的有效手段之一。本文針對液液噴射器的改進(jìn)設(shè)計(jì)問題,開展了基于CFD模擬的噴射器性能及優(yōu)化的研究工作,目的是通過建立噴射器三維模型,獲得噴射器內(nèi)部詳細(xì)的流場信息,取得不同結(jié)構(gòu)和操作條件對噴射器性能的影響規(guī)律,實(shí)現(xiàn)噴射器的優(yōu)化設(shè)計(jì)。本文的主要工作如下：(1)建立了噴射器三維數(shù)值模型,運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)κ-ε湍流模型,考察了液液噴射器內(nèi)部流體的流動特性與摻混效果,獲得了噴射器內(nèi)部速度場、壓力場、濃度場等分布信息。結(jié)果表明：在噴嘴出口處,流股間的速度梯度很大。中間是高速流動的工作流體,外側(cè)是低速流動的引射流體,在兩股流體之間形成了比較厚的混合邊界層。在混合邊界層內(nèi),工作流體和引射流體之間發(fā)生劇烈的碰撞混合與能量傳遞過程,是物料發(fā)生混合的主要區(qū)域。(2)考察了引射結(jié)構(gòu)對液液噴射器工作性能的影響。研究了液液噴射混合器中引射流體進(jìn)料角度和引射口數(shù)的影響行為和優(yōu)化選擇問題。結(jié)果表明：不恰當(dāng)?shù)囊浣嵌葘?dǎo)致引射流體在噴嘴外圍環(huán)隙的速度和流量分配不均,進(jìn)而導(dǎo)致流場偏移；隨著引射角度的增加,壓力降、噴射系數(shù)、混合段流體速度和湍流耗散率呈現(xiàn)出先增大后減小的變化趨勢，不同引射角度下流體達(dá)到混合完全所需要的距離相同,但是質(zhì)量分?jǐn)?shù)存在差別,綜合分析,在七種引射角中,引射流體的最佳引射角度為600。雙引射口和單吸入口噴射器在壓力分布、湍動能分布和引射流體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布上相差不大,但是雙引射口噴射器內(nèi)部流體流動形成相對較多的渦流,流體湍動程度更大,更有利于混合段流體的混合。(3)考察了操作壓力對噴射器工作性能的影響,通過對不同操作壓力下的噴射器進(jìn)行數(shù)值模擬,得到了工作壓力、混合出口壓力以及引射壓力對噴射器性能的影響規(guī)律。綜合考慮,確定了本模型研究范圍內(nèi)的最佳的工作流體壓力、引射壓力和出口壓力。
【關(guān)鍵詞】：噴射器 引射結(jié)構(gòu) 數(shù)值模擬 優(yōu)化設(shè)計(jì)
【學(xué)位授予單位】：中國海洋大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TK05
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 1 文獻(xiàn)綜述11-29
• 1.1 研究背景及意義11-12
• 1.2 噴射器簡介12-16
• 1.2.1 噴射器結(jié)構(gòu)和工作原理12-13
• 1.2.2 噴射器的特點(diǎn)13
• 1.2.3 噴射器的分類13-15
• 1.2.4 噴射器的應(yīng)用15-16
• 1.3 CFD理論與軟件16-21
• 1.3.1 CFD簡介16
• 1.3.2 基本控制方程16-17
• 1.3.3 湍流模型17-21
• 1.3.4 FLUENT軟件21
• 1.4 噴射器數(shù)值模擬研究進(jìn)展21-27
• 1.4.1 國外研究進(jìn)展22-24
• 1.4.2 國內(nèi)研究進(jìn)展24-27
• 1.4.3 研究現(xiàn)狀分析27
• 1.5 本文主要研究內(nèi)容27-29
• 2 液液噴射器數(shù)值模型的建立與驗(yàn)證29-43
• 2.1 物理模型29
• 2.2 三維模型29-31
• 2.3 組分質(zhì)量守恒方程31
• 2.4 邊界條件及求解設(shè)置31
• 2.5 網(wǎng)格無關(guān)性檢驗(yàn)31-33
• 2.6 湍流模型驗(yàn)證33-35
• 2.7 模擬結(jié)果及分析35-41
• 2.7.1 速度分布36-37
• 2.7.2 壓力分布37-38
• 2.7.3 湍動能及耗散率38-40
• 2.7.4 混合特性40-41
• 2.8 本章小結(jié)41-43
• 3 引射結(jié)構(gòu)對液液噴射器性能影響分析及優(yōu)化43-53
• 3.1 引射角度對噴射器性能的影響43-48
• 3.1.1 流體偏移現(xiàn)象44-46
• 3.1.2 壓力降ΔP和噴射系數(shù)46-47
• 3.1.3 湍流耗散率47
• 3.1.4 混合特性47-48
• 3.2 引射口數(shù)對噴射器性能的影響48-52
• 3.2.1 壓力、湍動能、質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布49-50
• 3.2.2 流動特性分布50-52
• 3.3 本章小結(jié)52-53
• 4 操作壓力對液液噴射器性能影響分析及優(yōu)化53-65
• 4.1 工作流體壓力對噴射器性能的影響53-57
• 4.2 出口壓力對噴射器性能的影響57-60
• 4.3 引射流體壓力對噴射器性能的影響60-63
• 4.4 本章小結(jié)63-65
• 5 結(jié)論與展望65-67
• 5.1 結(jié)論65-66
• 5.2 展望66-67
• 參考文獻(xiàn)67-73
• 附錄73-74
• 致謝74-75
• 個(gè)人簡歷75
• 發(fā)表的學(xué)術(shù)論文75

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本文編號：1036083