【摘要】：旋渦、凝結(jié)都是日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中十分常見的物理現(xiàn)象,得到了人們的廣泛關(guān)注和深入研究。在一些特定條件下,比如各類噴管中,這些現(xiàn)象相互影響,產(chǎn)生復(fù)雜的相互作用過程,甚至改變相關(guān)設(shè)備的工作條件。本文采用基于VAS2D程序發(fā)展而來的ASCE2D程序,通過設(shè)計(jì)跟隨旋渦移動(dòng)的網(wǎng)格加密方法,實(shí)現(xiàn)了對(duì)旋渦演化細(xì)節(jié)的精細(xì)捕捉,并對(duì)噴管中的旋渦流動(dòng)及其與凝結(jié)相互作用過程進(jìn)行了數(shù)值研究。首先,針對(duì)噴管與旋渦相互作用問題,建立了由Taylor渦和Ludwieg管構(gòu)成的數(shù)值模型,模擬了旋渦通過噴管的完整過程。著重考察了不同的旋渦強(qiáng)度下,噴管內(nèi)流動(dòng)參數(shù)(噴管軸線壓力、波系結(jié)構(gòu)等)和旋渦特征參數(shù)(旋渦形狀、渦心軌跡、渦心遷移速度、旋渦面積等)隨時(shí)間的演變規(guī)律。結(jié)果表明在噴管前部旋渦產(chǎn)生明顯的壓力擾動(dòng);在喉道前后的膨脹區(qū)旋渦向外擴(kuò)散,面積增大但總環(huán)量基本維持不變,壓力擾動(dòng)逐步降低。當(dāng)旋渦較強(qiáng)時(shí),旋渦內(nèi)部上下位置產(chǎn)生激波,并于渦核處中斷。逆時(shí)針旋渦接近喉道后,渦心軌跡開始向上壁面偏轉(zhuǎn),遷移速度受到抑制;旋渦越強(qiáng),軌跡上抬程度越明顯,遷移速度越小。然后,研究了存在水蒸氣凝結(jié)時(shí)噴管旋渦相互作用問題。通過提高駐室總溫的方法,實(shí)現(xiàn)了旋渦內(nèi)凝結(jié)和主流凝結(jié)在時(shí)間和空間上的分離,抑制了噴管主流凝結(jié)的自激振蕩,能更清晰地分析旋渦內(nèi)凝結(jié)與噴管的相互作用。結(jié)果表明旋渦內(nèi)溫度降低產(chǎn)生凝結(jié),凝結(jié)釋放的潛熱使得局部溫度升高,兩者競(jìng)爭(zhēng)形成了溫度、密度和液態(tài)水質(zhì)量分?jǐn)?shù)等參數(shù)由渦中心向外周期波動(dòng)變化的現(xiàn)象;發(fā)現(xiàn)強(qiáng)渦由于渦內(nèi)溫度更低在噴管中凝結(jié)的位置較弱渦靠前;發(fā)現(xiàn)在噴管出口,強(qiáng)渦生成的液滴平均半徑較弱渦小,液滴數(shù)量較弱渦多;發(fā)現(xiàn)渦內(nèi)凝結(jié)速率和液滴增長(zhǎng)速率由于水蒸氣消耗和跟隨主流降溫兩個(gè)作用的影響出現(xiàn)波動(dòng);發(fā)現(xiàn)凝結(jié)會(huì)導(dǎo)致渦量向渦核集中,旋渦面積減小;發(fā)現(xiàn)旋渦在噴管中輸運(yùn)時(shí)渦內(nèi)成核率先升高后降低,之后再次升高。
【圖文】：

組成成分主要包括甲烷，其他碳?xì)浠衔锖退魵�，因此必須�?duì)水蒸氣和碳?xì)溴义匣衔镞M(jìn)行分離。傳統(tǒng)的做法是通過添加乙二醇來實(shí)現(xiàn)水氣分離，后來人們逡逑又發(fā)展出了更加先進(jìn)的水蒸氣冷凝技術(shù)。如圖１．２所示，是用于天然氣干燥的逡逑“Ｔｗｉｓｔｅｒ”裝置。該裝置在運(yùn)行時(shí)，先調(diào)整氣體狀態(tài)達(dá)到飽和，，之后使氣體通過逡逑Ｌａｖａｌ噴管而加速到超音速。此過程中，混合氣體的溫度和壓強(qiáng)會(huì)降低，氣流中逡逑形成霧狀的液滴。之后，氣流流過超音速段的翼型（如三角翼），產(chǎn)生繞軸線高逡逑速旋轉(zhuǎn)的旋擰流，此時(shí)液滴將在離心力（高達(dá)３００，０００／７）的作用下被甩到氣流逡逑外圍。之后，通過特殊的分離器便可以提取出干燥的天然氣。該裝置無機(jī)械運(yùn)逡逑動(dòng)部件，可以連續(xù)運(yùn)行，因此可以大大提高干燥天然氣的效率。逡逑在高壓氣體的輸送系統(tǒng)中，“安全閥門”的打開或者管壁的破損都會(huì)在相應(yīng)逡逑部位形成強(qiáng)烈的膨脹波。此時(shí)局部氣流會(huì)被加速到跨音速或超音速

‘邋Ｉｆ逡逑圖１．３邋Ｓ２噴管內(nèi)穩(wěn)態(tài)流動(dòng)的紋影圖。流動(dòng)方向：從左向右。逡逑ｌ0９ｌ0邋Ｊ邐Ｐ／Ｐ0邐ｇ＾ｍａｘ逡逑２５．０邐ｉ邋？邋—邐「邐—邋Ｔ邋一＾＾￣＿｜＿；—邋ｉ邋ｑ逡逑［ｍＶ】－卜＇邋ｌ0９ｉ0Ｊ邋／ｇ／ｇｍａＸ邐－逡逑２０．０邐０．８邐＼邋Ａ邋０８逡逑１５．０邐０．６邐＼ｌ邋Ｊ邐０．６逡逑ＮＪＶ／ｐ0邐－邐？逡逑１０．０邐０．４邐０．４逡逑５．０邐０．２邐０．２逡逑0，；－邐ｏ．0Ｌ…Ｉ．．．．．．！邋１！…ｉ一Ｊ0．0逡逑－１０邐－５邐０邐５邐１０邐１５逡逑ｘ邋［ｃｍ］逡逑圖１．４Ｇ２噴管中的超臨界流動(dòng)。軸線壓強(qiáng)Ｐ／ｐａ，凝結(jié)的液相質(zhì)量分?jǐn)?shù)ｓ／ｇｍａ；ｃ，成核率Ｊ。逡逑圖中亦包括干噴管內(nèi)的軸線壓力Ｐａｄ／Ｐｏ。逡逑６逡逑
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O35

【相似文獻(xiàn)】

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1 申功p

本文編號(hào)：2601160