【摘要】：液滴碰撞作為一種常見的自然現(xiàn)象廣泛存在于實際生活和工業(yè)生產(chǎn)中。海水液滴在對噴式海水無填料冷卻塔內(nèi)的碰撞過程,可能會使得液滴速度與粒徑分布等發(fā)生改變,影響冷卻塔內(nèi)液滴的流動,進而影響冷卻塔性能。通過對液滴碰撞過程的研究,可以為冷卻塔的優(yōu)化設計提供有益參考,具有重要的現(xiàn)實意義和實用價值。本文采用VOF方法及自適應網(wǎng)格技術對海水液滴在塔內(nèi)的碰撞過程進行了數(shù)值模擬。首先數(shù)值計算了正十四烷液滴的對心和偏心碰撞過程,取得了與實驗基本一致的變形過程和結果類型,驗證了數(shù)值計算的準確性。接著對等尺寸二元海水液滴的對心和偏心碰撞過程開展了數(shù)值模擬,研究了不同韋伯數(shù)和碰撞參數(shù)下液滴的碰撞過程,獲得了聚合、自反分離和拉伸分離三種碰撞結果類型,研究了各碰撞結果類型的形成過程及機理,并將計算結果進行統(tǒng)計,獲得了液滴碰撞結果類型區(qū)域分布We-x圖。最后開展了不同液滴直徑以及海水濃度下的數(shù)值模擬,研究了液滴直徑和海水濃度對液滴碰撞過程的影響規(guī)律。本文主要研究工作及結論如下:(1)等尺寸海水液滴對心碰撞在We:0.5~200,u_0:0.21m/s~4.22m/s,Re:89.56~1791.12,x=0,D_0=200μm,Oh=0.0079條件下,計算得到了聚合與自反分離兩種碰撞結果類型,兩者的臨界We為23。(2)等尺寸海水液滴偏心碰撞在We:5~200,初始速度u_0:0.66m/s~4.22m/s,Re:283.20~1791.12,x:0.1~0.8,D_0=200μm,Oh=0.0079條件下,計算得到了聚合、自反分離和拉伸分離三種碰撞結果類型。液滴偏心碰撞的聚合和自反分離過程與對心碰撞時類似,但在液滴變形過程中伴隨著旋轉運動。(3)在海水液滴對心碰撞過程中,兩個直徑皆為20μm、200μm、2000μm的等尺寸液滴對心碰撞聚合與自反分離臨界We分別為29、23、14,與Gotaas等的自反分離臨界We預測模型計算結果30.88、19.88、16.41相近。對于等尺寸海水液滴的碰撞過程,We和x控制液滴的變形過程和結果類型,Oh則影響液滴結果區(qū)域分布。隨著液滴直徑增大,液滴碰撞Oh值減小,液滴聚合與自反分離的臨界We減小,聚合區(qū)域明顯減小。(4)等尺寸的二元淡水、海水以及濃縮兩倍海水液滴,聚合與自反分離臨界We分別為20、23、25,與Gotaas等的自反分離臨界We預測模型計算結果19.62、19.88、20.07相近。隨著海水濃度的增大,Oh逐漸增大。液滴聚合與自反分離的臨界We增大,聚合區(qū)域逐漸擴大,分離區(qū)域向高We區(qū)域移動。
【學位授予單位】：山東理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：O35
【圖文】：

在此過程中空氣帶走部分熱量，降低水溫，使工業(yè)用水得到循環(huán)利用，如圖1.1所示。不同于一般的冷卻塔，對噴式海水無填料冷卻塔以海水為介質，既能緩解淡水資源稀缺的問題，又避免了工業(yè)含熱廢水直接排向海洋造成熱污染。與一般的冷卻塔相比，對噴式海水無填料冷卻塔用高效低壓霧化裝置代替?zhèn)鹘y(tǒng)的填料，并采用與冷空氣順向噴霧的方式，在冷卻過程中先順流后逆流，大大增加了空氣與熱水的換熱時間和接觸面積。其運行費用低、使用壽命長，因此備受青睞，廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)中。冷卻塔運行過程中，海水液滴相互碰撞，可能會發(fā)生聚合、分離和破碎等現(xiàn)象，使得液滴速度與粒徑分布等發(fā)生改變[2-4]，影響冷卻塔內(nèi)液滴的流動，進而影響冷卻塔性能。綜上所述，通過對液滴碰撞過程這一自然基礎學科領域的研究，可以為冷卻塔的優(yōu)化設計提供有益參考，具有重要的現(xiàn)實意義和工業(yè)價值。

液滴碰撞示意圖

【參考文獻】

相關期刊論文 前3條

1 劉澤軍;張超;武麗麗;吳建軍;;氣相中雙液滴正碰過程數(shù)值模擬研究[J];計算力學學報;2015年01期

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3 強洪夫;陳福振;高巍然;;基于SPH方法的低韋伯數(shù)下三維液滴碰撞聚合與反彈數(shù)值模擬研究[J];工程力學;2012年02期

相關博士學位論文 前3條

1 夏盛勇;三氧化二鋁液滴碰撞機理及模型研究[D];西北工業(yè)大學;2015年

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本文編號：2722293