平板沖擊射流作為一種廣泛應(yīng)用于基礎(chǔ)研究和工業(yè)應(yīng)用中的流動(dòng)方式,具有被深入研究的價(jià)值。其中,典型的單射孔傾斜射流沖擊平板流動(dòng)是平板沖擊射流研究的基礎(chǔ)與起點(diǎn)。在沖擊射流的研究中,數(shù)值模擬作為能有效代替實(shí)驗(yàn),并便于研究較多工況下流動(dòng)情況的研究方法,正在被越來(lái)越多地應(yīng)用于該領(lǐng)域的研究中。但由于多相流相對(duì)于單相流復(fù)雜度大大增加,導(dǎo)致三維數(shù)值模擬模型會(huì)消耗大量的計(jì)算資源。因此,本文開(kāi)發(fā)了一種針對(duì)傾斜射流沖擊平板流動(dòng)的準(zhǔn)三維數(shù)值模擬方法,并基于此方法對(duì)不同工況下的傾斜射流沖擊平板流動(dòng)進(jìn)行了研究。本文首先根據(jù)實(shí)驗(yàn)構(gòu)建幾何模型并進(jìn)行網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證,建立了適用于單孔傾斜射流沖擊平板流動(dòng)的三維數(shù)值模擬方法。在此基礎(chǔ)上,本文提出準(zhǔn)三維數(shù)值模擬方法。思路如下:首先進(jìn)行自由射流與撞擊點(diǎn)附近的三維數(shù)值模擬,并以撞擊點(diǎn)周?chē)牧鲌?chǎng)結(jié)果為基礎(chǔ),以撞擊點(diǎn)為起點(diǎn),將流場(chǎng)分割為7個(gè)二維平面,然后在每個(gè)二維平面內(nèi),以前面三維計(jì)算結(jié)果為初始條件繼續(xù)計(jì)算,最后將每個(gè)二維流場(chǎng)的結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)整理。本文將上述方法的模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,驗(yàn)證了該方法的有效性。利用本文提出的準(zhǔn)三維模擬方法,分析了射流角度、射流速度、流體粘性、表面張... 

【文章來(lái)源】：中國(guó)民航大學(xué)天津市

【文章頁(yè)數(shù)】：78 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

傾斜平板射流中各區(qū)域分布的示意圖[10]

中國(guó)民航大學(xué)碩士學(xué)位論文3WangR,HuangY,FengX.[10]等人利用實(shí)驗(yàn)方法研究了平板沖擊射流，根據(jù)實(shí)驗(yàn)和預(yù)測(cè)，對(duì)動(dòng)態(tài)粘度，表面張力等參數(shù)和不同沖擊速度和沖擊角下的工況進(jìn)行了分析，建立了半經(jīng)驗(yàn)公式，并發(fā)現(xiàn)了平板沖擊射流由中間的液膜區(qū)和外層的粗邊緣區(qū)組成。實(shí)際上，本課題的數(shù)值模擬方法即是通過(guò)和這篇文章的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比來(lái)驗(yàn)證數(shù)值計(jì)算的準(zhǔn)確性。(1)關(guān)于沖擊射流在平板上的流動(dòng)結(jié)構(gòu)以下學(xué)者進(jìn)行了研究，并確定了湍流為平板沖擊射流的主要結(jié)構(gòu)，并分別解釋了湍流結(jié)構(gòu)的由來(lái)與特點(diǎn)。GutmarkE.,WolfshteinM.&WygnanskiI.[13]最先開(kāi)始用實(shí)驗(yàn)的方法，研究了二維平板沖擊射流的湍流結(jié)構(gòu)，運(yùn)用光譜測(cè)量方法測(cè)量了平均速度、湍流強(qiáng)度和三個(gè)方向上速度的函數(shù)，并計(jì)算了這三個(gè)擾動(dòng)分量的能量平衡。圖1-2垂直平板沖擊射流中軸線(xiàn)上的平均速度[13]結(jié)果表明，流線(xiàn)在近壁面處會(huì)被有選擇性的拉伸成渦，導(dǎo)致滯止區(qū)的流動(dòng)呈各向異性。并在滯止區(qū)內(nèi)的湍流中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)中性頻率（如圖1-2），高于該中性頻率，能量通過(guò)粘性耗散而衰減，低于該中性頻率，通過(guò)渦旋拉伸機(jī)制增強(qiáng)。SAKAKIBARAJ.,HISHIDAK.&PHILLIPSW.[14]使用時(shí)間序列數(shù)字粒子圖像方法研究了平面撞擊射流的旋渦結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)在特征點(diǎn)理論下，等渦與等λ2（速度梯度張量的第二個(gè)特征值）的耦合面可以用來(lái)描述和確定“橫肋”湍流結(jié)構(gòu)。并發(fā)現(xiàn)當(dāng)橫肋和壁肋在噴射的對(duì)稱(chēng)平面附近合并時(shí)渦量的產(chǎn)生是最大的。CrowSC,ChampagneFH.[15]進(jìn)行了一項(xiàng)研究以確定噴射湍流可以進(jìn)行有序描述，以及通過(guò)在噴射出口處施加的輕微周期性波動(dòng)來(lái)增強(qiáng)和控制湍流頻率，并在某種程度上湍流混合，獲得一系列新的噪聲抑制技術(shù)使預(yù)測(cè)噴射噪聲的問(wèn)題變得更加簡(jiǎn)單。

中國(guó)民航大學(xué)碩士學(xué)位論文5和高階矩的細(xì)節(jié)。測(cè)量射流的一些特征顯示除與強(qiáng)制高雷諾數(shù)射流的觀測(cè)結(jié)果相對(duì)應(yīng)。并發(fā)現(xiàn)在低雷諾數(shù)下，射流的初始區(qū)域由剪切層中的渦旋支配。同時(shí)利用統(tǒng)計(jì)矩和光譜分析證實(shí)了這一結(jié)果。WRQuinn,JMilitzer[22]給出了來(lái)自鋒利邊緣方形槽的湍流自由空氣射流的實(shí)驗(yàn)和數(shù)值研究結(jié)果。在數(shù)值研究中，射流出口被視為橢圓形。實(shí)驗(yàn)結(jié)果包括平均速度，湍流法向測(cè)量得到的剪切應(yīng)力，以及皮托靜壓管與壓力傳感器一起獲得的平均靜壓。圖1-3中心向上的平均靜壓分布[22]實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在近場(chǎng)中存在明顯的平均流向偏離中心峰，其中也發(fā)現(xiàn)了正平均靜壓（如圖1-3）。此外，發(fā)現(xiàn)這種工況下的射流在近流場(chǎng)中比在相同測(cè)試條件下具有與方形槽相同的出口面積的圓形槽的射流明顯更快地?cái)U(kuò)散。Olsson.M.Fuchs.L.[23]進(jìn)行了雷諾數(shù)為104的強(qiáng)制半圓形撞擊射流的大渦模擬（LES）。射流入口和壁面之間的間隔是四個(gè)射流入口直徑。因此，進(jìn)行了四種不同的模擬。在沒(méi)有任何明確的子網(wǎng)格尺度（SGS）模型的情況下，分別使用1283和963個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)進(jìn)行了兩次模擬。使用963個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)與兩個(gè)不同的SGS模型進(jìn)行了兩次模擬，一個(gè)使用動(dòng)態(tài)Smagorinsky模型，另一個(gè)使用壓力相似性模型。同時(shí)利用數(shù)值模擬方法研究了平均速度，湍流統(tǒng)計(jì)，SGS模型效應(yīng)，以及聚焦于近壁區(qū)域射流的動(dòng)態(tài)行為。確認(rèn)了壁面噴射區(qū)域中分離渦的存在。發(fā)現(xiàn)這些二次渦流與自由射流的圓形剪切層產(chǎn)生的徑向偏轉(zhuǎn)的主渦流有關(guān)。還顯示壁面附近的主要渦旋結(jié)構(gòu)是螺旋形的而不是軸對(duì)稱(chēng)的。在SGS模型的模擬中發(fā)現(xiàn)了定量增益。并發(fā)現(xiàn)與其他粗網(wǎng)格模擬相比，應(yīng)力相似模型模擬與更高分辨率的模擬相比略微更好，并且不同模擬之間在湍流強(qiáng)度方面的變化小于10％。RiesF,LiY,RimannM[24]使用了直接數(shù)值模?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號(hào)：3209797