本文選題：霧化 + 數(shù)值模擬��； 參考：《南京理工大學(xué)》2016年碩士論文

【摘要】：液體石化燃料是燃燒爐最常使用的原料。液體燃料的霧化效果直接影響到其使用效率,甚至?xí)褂妥旖Y(jié)焦,爐管局部結(jié)焦而出現(xiàn)熱點導(dǎo)致爆管事件；此外,未完全燃燒的液體燃料滴落在冷灰斗中,也可能形成可燃蒸汽云,產(chǎn)生爆炸的危險性。顯然,提高液體燃料的霧化效果對于改善燃燒效率、提高燃燒爐在使用過程中的安全性均具有非常重要的意義。靜電霧化技術(shù)作為電流體力學(xué)的一個重要分支,近年來得到較快發(fā)展。靜電霧化過程中,首先使液體在電場中帶電,帶電液滴表面電荷的庫侖斥力在克服表面張力后可進一步形成更為細小的液滴,實現(xiàn)充分霧化。由于靜電霧化后的液滴帶有相同電荷,同種電荷間的庫侖斥力可以防止液滴的二次聚集,因此具有更好的霧化效果。本文基于穩(wěn)定域原理對靜電霧化過程進行模擬研究。通過對靜電霧化過程中的電流體力學(xué)理論、電壓、電流、粒徑等參數(shù)的計算公式進行分析,建立相應(yīng)的模型,并進行數(shù)值仿真計算。采用ICEM進行建模,并對霧化模型進行網(wǎng)格劃分,利用FLUENT軟件對兩種腔室結(jié)構(gòu)內(nèi)部的空間流場進行模擬分析。研究了氣體流速和腔室形狀對腔室內(nèi)部氣體流型的影響,得到了兩種腔室結(jié)構(gòu)下流場的穩(wěn)定域。在穩(wěn)定域條件下,采用多相流模型和DPM模型分別模擬液體在不同電壓下和不同表面張力下泰勒錐的形成過程和液滴在不同電壓、不同液體粘性、不同的液體表面張力下的二次霧化過程。在使用DPM模型來模擬空氣場中的液滴霧化過程中,采用自行編制的電場力程序,用UDS加入電的方程,并通過UDF加入電場力對動量方程的影響。結(jié)果表明,當(dāng)施加在噴管上的電壓大小發(fā)生變化時,盡管泰勒錐的形狀會發(fā)生明顯改變,但是泰勒破碎形成的最初液體大小大致相同。液體性質(zhì)發(fā)生改變后,泰勒錐形狀和首次破碎液滴大小也會發(fā)生改變。電壓為2000V、3000V、5000V條件下對二次霧化過程進行研究,證實在一定范圍內(nèi)提高電場強度可以明顯減小液滴的平均粒徑；降低液體的表面張力也可以顯著降低液滴平均粒徑；而液體粘性對形成的液滴粒徑的影響相對較小。本文的研究方法及得到的結(jié)果不僅為穩(wěn)定域原理在靜電霧化過程的模擬研究提供了一種可行的方法,也為燃燒爐中液體燃料的靜電霧化工藝參數(shù)的選取提供了重要的理論依據(jù)。
[Abstract]:Liquid fossil fuels are the most commonly used raw materials for combustion furnaces. The atomization effect of liquid fuel has a direct effect on its use efficiency, even coking the oil nozzle, and the hot spot in the furnace tube leads to the tube burst event. In addition, the liquid fuel that is not completely burned drops into the cold ash bucket. Flammable vapor clouds may also be formed, creating the risk of explosion. Obviously, improving the atomization effect of liquid fuel is very important for improving combustion efficiency and improving the safety of combustion furnace. As an important branch of electrohydrodynamics, electrostatic atomization technology has been developed rapidly in recent years. In the process of electrostatic atomization, the liquid is first charged in the electric field, and the Coulomb repulsion force with surface charge on the surface of the charged droplet can further form smaller droplets after surmounting the surface tension and realize full atomization. Because the droplet has the same charge after electrostatic atomization, the Coulomb repulsive force between the same charge can prevent the secondary aggregation of the droplet, so it has better atomization effect. In this paper, the electrostatic atomization process is simulated based on the stability region principle. By analyzing the calculation formulas of electrohydrodynamics theory, voltage, current, particle size and other parameters in electrostatic atomization process, the corresponding model is established and the numerical simulation is carried out. ICEM is used to model the atomization model and the atomization model is meshed. The flow field inside the two chambers is simulated and analyzed by fluent software. The effects of gas flow rate and chamber shape on the gas flow pattern in the chamber are studied. The stable region of the flow field under two chamber structures is obtained. In the stable region, the multiphase flow model and DPM model are used to simulate the formation process of Taylor cone under different voltage and different surface tension, respectively. The secondary atomization process under different surface tension of liquid. The DPM model is used to simulate the droplet atomization process in the air field. The self-compiled electric field force program is used to add the electric equation with UDS and the influence of the electric field force on the momentum equation through the addition of UDF. The results show that when the voltage applied on the nozzle changes, although the shape of the Taylor cone will change obviously, the initial liquid size formed by Taylor fragmentation is approximately the same. The shape of Taylor cone and the size of the first broken droplet will also change after the change of liquid properties. The secondary atomization process was studied at the voltage of 2000V ~ (3 000) V ~ (3 000) V ~ (5 000) V, and it was proved that increasing the electric field intensity in a certain range could obviously reduce the average particle size of the droplet, decrease the surface tension of the liquid, and decrease the average diameter of the droplet. The effect of liquid viscosity on droplet size is relatively small. The research methods and the results obtained in this paper not only provide a feasible method for the simulation of the electrostatic atomization process of the stability region principle, but also provide an important theoretical basis for the selection of the parameters of the electrostatic atomization process of the liquid fuel in the combustion furnace.
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TK16

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本文編號：2003114