本文關(guān)鍵詞：循環(huán)噴霧閃蒸中液滴閃蒸的機(jī)理與實(shí)驗(yàn)研究

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【摘要】：閃蒸是液相迅速置于低于其飽和蒸汽壓的環(huán)境中時,由于過熱而快速蒸發(fā)的現(xiàn)象。該過程發(fā)生速率快、溫降明顯、能夠快速得到大量蒸汽,因此在海水淡化、制冷、醫(yī)療、內(nèi)燃機(jī)領(lǐng)域都有應(yīng)用。鑒于閃蒸作為一種新技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域中有越來越重要的作用,研究其機(jī)理以及推廣閃蒸技術(shù)的應(yīng)用有重要意義。本文采用仿真計算、數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究結(jié)合的方式研究了閃蒸機(jī)理以及循環(huán)噴霧閃蒸的氣化能力。主要研究工作包括：建立了描述液滴閃蒸的擴(kuò)散控制蒸發(fā)模型,得到了傳熱傳質(zhì)過程的數(shù)學(xué)描述方程,利用MATLAB對該動態(tài)過程進(jìn)行建模求解,得到了液滴直徑和液滴溫度隨時間變化的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)影響閃蒸率的因素有液滴初始溫度、閃蒸壓力和液滴粒徑等,并得到各影響因素變化時閃蒸氣化率的變化規(guī)律。為分析液滴內(nèi)部熱阻對該過程的影響是否可以忽略,通過ATLAB編程求解偏微分方程,發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部熱阻不宜忽略。利用Auto CAD軟件對液滴閃蒸建立了幾何模型,使用ICEM CFD對其進(jìn)行了網(wǎng)格劃分。應(yīng)用FLUENT軟件,選用大渦模擬模型對液滴閃蒸兩相流過程進(jìn)行模擬,利用多相流VOF方法捕捉氣液相交界面,通過UDF編程嵌入所建立的模型中實(shí)現(xiàn)相變的過程,最終得到了可行的數(shù)值模擬方法。通過對液滴閃蒸過程進(jìn)行的數(shù)值模擬研究,得到了液滴閃蒸過程的溫度變化云圖和液相變化云圖,并將數(shù)值模擬得到的閃蒸氣化率隨時間的變化規(guī)律與第二章仿真計算結(jié)果對比,驗(yàn)證數(shù)值模擬的可靠性；改變液滴初始溫度,發(fā)現(xiàn)初始溫度越高,液滴氣化率越大,閃蒸完成的時間越短；通過對動態(tài)液滴閃蒸進(jìn)行模擬,發(fā)現(xiàn)迎風(fēng)面閃蒸速率增快而背風(fēng)面閃蒸速率減慢,同時發(fā)現(xiàn)由于表面張力液滴內(nèi)部出現(xiàn)了Marangoni效應(yīng)；對靜態(tài)液滴閃蒸和動態(tài)液滴閃蒸過程的數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行了對比分析,得到了兩種情況下氣化率隨時間變化的曲線,發(fā)現(xiàn)速度能增強(qiáng)對流,但對氣化率的影響整體不明顯。搭建實(shí)驗(yàn)平臺對循環(huán)噴霧閃蒸進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,并從霧化后得到的液滴的角度對閃蒸進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)平臺是在余熱鍋爐基礎(chǔ)上添加閃蒸設(shè)備,達(dá)到了增加產(chǎn)氣量,降低排放煙氣溫度的效果。最終得到的氣化率變化規(guī)律與仿真模擬和數(shù)值模擬結(jié)果一致,閃蒸氣化率與初始溫度正相關(guān),與閃蒸壓力負(fù)相關(guān)；而液滴粒徑將影響閃蒸過程的持續(xù)時間,液滴粒徑越小閃蒸時間越短。通過對實(shí)驗(yàn)結(jié)果和最大理論值的對比,得到了本實(shí)驗(yàn)平臺的運(yùn)行最優(yōu)參數(shù)。
【關(guān)鍵詞】：液滴閃蒸 霧化 數(shù)值模擬 兩相流 實(shí)驗(yàn)研究
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TK115
【目錄】：

• 摘要10-12
• ABSTRACT12-14
• 符號表14-15
• 第一章 緒論15-23
• 1.1 課題的背景及意義15
• 1.2 閃蒸技術(shù)研究概況15-16
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-20
• 1.4 本文的研究目的及研究內(nèi)容20-23
• 第二章 液滴閃蒸機(jī)理分析23-41
• 2.1 引言23
• 2.2 液滴閃蒸數(shù)學(xué)分析23-25
• 2.2.1 液滴質(zhì)量減小率24
• 2.2.2 液滴體積減小率24
• 2.2.3 液滴熱平衡24-25
• 2.3 零維問題求解25-35
• 2.3.1 求解方法簡介25-26
• 2.3.2 求解過程26-27
• 2.3.3 求解結(jié)果27-29
• 2.3.4 不同液滴直徑閃蒸的對比29-31
• 2.3.5 不同環(huán)境壓力下液滴閃蒸的對比31-33
• 2.3.6 不同初始溫度下液滴閃蒸的對比33-35
• 2.3.7 零維求解的局限35
• 2.4 一維問題求解35-38
• 2.4.1 理論氣化率35-36
• 2.4.2 一維液滴閃蒸問題簡介36
• 2.4.3 運(yùn)用MATLAB求解一維液滴閃蒸問題36-37
• 2.4.4 求解結(jié)果37-38
• 2.5 本章小結(jié)38-41
• 第三章 液滴閃蒸數(shù)值模擬方法和模型建立41-51
• 3.1 引言41-42
• 3.2 數(shù)值方法的選取42-43
• 3.3 大渦模擬湍流模型43-44
• 3.3.1 濾波函數(shù)43-44
• 3.3.2 亞格子尺度模型44
• 3.4 VOF方法44-45
• 3.5 UDF方法和液滴蒸發(fā)源項(xiàng)45-46
• 3.5.1 UDF方法45-46
• 3.5.2 液滴蒸發(fā)源項(xiàng)46
• 3.6 模型的建立46-49
• 3.6.1 計算區(qū)域46-47
• 3.6.2 邊界條件設(shè)置47
• 3.6.3 網(wǎng)格獨(dú)立性驗(yàn)證47-49
• 3.7 本章小結(jié)49-51
• 第四章 液滴閃蒸的數(shù)值模擬研究51-61
• 4.1 引言51
• 4.2 邊界條件與初始條件51
• 4.3 計算結(jié)果與分析51-54
• 4.3.1 溫度云圖變化51-52
• 4.3.2 液相體積分?jǐn)?shù)云圖變化52-53
• 4.3.3 液滴氣化率變化曲線53-54
• 4.4 不同條件對液滴閃蒸的影響54-59
• 4.4.1 初始溫度對液滴閃蒸的影響54-55
• 4.4.2 速度對液滴閃蒸的影響55-58
• 4.4.3 液滴數(shù)量對閃蒸的影響58-59
• 4.5 本章小結(jié)59-61
• 第五章 液滴閃蒸實(shí)驗(yàn)研究61-75
• 5.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>61
• 5.2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)61-65
• 5.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理65-66
• 5.4 誤差分析66-67
• 5.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果67-73
• 5.5.1 閃蒸壓力的影響67-68
• 5.5.2 液相初始溫度的影響68-69
• 5.5.3 不同粒徑液滴閃蒸特性69-70
• 5.5.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論值對比70-73
• 5.6 本章小結(jié)73-75
• 第六章 總結(jié)與展望75-77
• 6.1 主要研究成果75-76
• 6.2 不足與展望76-77
• 參考文獻(xiàn)77-83
• 致謝83-84
• 學(xué)位論文評閱及答辯情況表84

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9 李德偉;液滴碰壁鋪展與振蕩的研究[D];大連理工大學(xué);2015年

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