流經(jīng)固定幾何表面的薄膜流體在一定條件下會產(chǎn)生特殊的“共振現(xiàn)象”。本文通過數(shù)值仿真和實驗的手段研究了影響共振現(xiàn)象的各個因素,并提出了共振區(qū)的概念。使用開源軟件OpenFOAM對流經(jīng)波紋板的薄膜流體進行數(shù)值仿真。搭建流場顯示實驗臺進行了實驗,實驗中使用了 PIV(粒子圖像測速)方法對流場進行測量并進行圖像處理。主要研究成果如下:建立了波紋板薄膜流動的數(shù)值模型,并通過實驗與仿真結(jié)果的對比,對數(shù)值模型進行了驗證。研究了共振現(xiàn)象的產(chǎn)生對薄膜流體的流場狀態(tài)及各項流動指標的影響。在共振發(fā)生時,薄膜流體的自由表面振蕩會達到最大。自由表面相對幅值和自由表面長度在共振點會達到最大值。液膜平均厚度隨雷諾數(shù)的變化曲線會在共振點附近產(chǎn)生拐點。通過對漩渦變化的深入研究提出了“共振區(qū)”的概念。在該區(qū)域內(nèi)自由表面幅值得到提高并且底部漩渦受到抑制。共振區(qū)的上下限分別對應著自由表面振幅和自由表面長度隨雷諾數(shù)變化的兩個拐點。在共振區(qū)內(nèi),液膜平均厚度的增加速度比其他區(qū)域慢很多,甚至會有減小的趨勢產(chǎn)生。未產(chǎn)生回流區(qū)域的速度比漩渦區(qū)域的速度要大很多,而且兩者之間存在量級上的差距。共振區(qū)內(nèi)的薄膜流體法向速度強度和其他區(qū)域相比得到顯著增強。研究了影響共振點的各個因素。在未發(fā)生液泛現(xiàn)象的氣速范圍內(nèi),氣相速度對薄膜流動的共振現(xiàn)象影響有限。波紋高度對于共振點的偏移影響并不是很大,但是相對幅值隨著波紋高度的增大而減小。波紋數(shù)目在大于3后對于薄膜流動幾乎沒有影響。波紋板的傾斜角度會對共振產(chǎn)生顯著影響,傾斜角度大的情況下流體會更早產(chǎn)生共振現(xiàn)象。表面張力和共振點之間存在線性增長的關(guān)系。共振雷諾數(shù)隨著運動粘度的增大會減小,共振點的大小近似于和動力粘度的0.8次方的倒數(shù)呈線性關(guān)系。共振點的取值大小近似于和流體密度算數(shù)平方根的倒數(shù)呈線性關(guān)系。得到了共振點和共振發(fā)生時的相對幅值和表面張力、粘度以及密度之間的經(jīng)驗公式。在工業(yè)生產(chǎn)中,尋找一個特定的操作點是很困難的。本文的研究結(jié)果表明在一定的區(qū)域范圍內(nèi),薄膜流體與傳質(zhì)相關(guān)的各項流動特性相較其他區(qū)域都有所提升。本文的研究能為工業(yè)中操作參數(shù)的選擇提供理論參考。
【學位單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：O35;O321
【部分圖文】：

Ｗ斜角ｊｇ逡逑圖２．１矩形波紋板薄膜流動物理模型逡逑圖２．１是矩形波紋板薄膜流動的物理模型。在本文之后的研究中，氣液兩相是逆流狀逡逑態(tài)。模型中考慮到薄膜流體受到重力作用，使用表示波紋板與水平線之間的傾斜角。一逡逑個波紋板由多個相同形狀的簡單幾何波紋，以及前后用于過渡的固定長度的平板俎成。在逡逑本文建立的所有數(shù)值模型中前后平板的長度值均為０．０１ｍ。逡逑ｎ逡逑

邋Ｐ逡逑圖２．２矩形波紋形狀逡逑圖２．２是矩形波紋的結(jié)構(gòu)參數(shù)。Ｌ表示波紋的波長，ｄ表示波紋的深度。ｗ表示波紋逡逑板上的波紋個數(shù)。逡逑２．３．２邊界條件逡逑Ａｉｉ－ｏｕｔｌｅｔ邐■邋＊逡逑■邋Ａｉｒ逡逑Ａｔｍｏｓｐｌｉｅｒｅ邐■邋Ｌｉｑｕｉｄ逡逑Ｌｉｑｕｉｄ－ｉｎｌｅｔ逡逑Ａｉｉ－ｉｕｌｅｔ逡逑Ｌｉｑｕｉｄ－ｏｕｔｌｅｔ逡逑圖２．３數(shù)值模型逡逑圖２．３表示的是矩形波紋板上氣液兩相逆流流動的數(shù)值模型。其中，藍色Ａｉｒ部分代逡逑表氣相區(qū)域，紅色Ｌｉｑｕｉｄ部分代表液相區(qū)域。Ｌｉｑｕｉｄ－ｉｎｌｅｔ和Ｌｉｑｕｉｄ－ｏｕｔｌｅｔ分別對應物理模逡逑型中的液體入口和出口，Ａｉｒ－ｉｎｌｅｔ和Ａｉｒ－ｏｕｔｌｅｔ對應氣體出入口。Ｗａｌ丨對應波紋板表面，逡逑Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ是ＯｐｅｎＦＯＡＭ特有的邊界，表示大氣。在不考慮氣速的模型中，氣相計算域逡逑的高度設定為液相高度的４倍。逡逑邊界條件基本上被劃分為兩種類型，一種直接設定了邊界條件上變量的數(shù)值，被稱為逡逑“固定值”另一種設定了邊界上變量的法向梯度，被定義為“固定梯度”。在固定梯度條逡逑件中，如果邊界的固定梯度值為０，又被稱為零梯度條件。逡逑表２．１邊界條件逡逑ｕ邋（速度）邐ｐ

￣邋Ｐ逡逑圖２．２矩形波紋形狀逡逑圖２．２是矩形波紋的結(jié)構(gòu)參數(shù)。Ｌ表示波紋的波長，ｄ表示波紋的深度。ｗ表示波紋逡逑板上的波紋個數(shù)。逡逑２．３．２邊界條件逡逑Ａｉｉ－ｏｕｔｌｅｔ邐■邋＊逡逑■邋Ａｉｒ逡逑Ａｔｍｏｓｐｌｉｅｒｅ邐■邋Ｌｉｑｕｉｄ逡逑Ｌｉｑｕｉｄ－ｉｎｌｅｔ逡逑Ａｉｉ－ｉｕｌｅｔ逡逑Ｌｉｑｕｉｄ－ｏｕｔｌｅｔ逡逑圖２．３數(shù)值模型逡逑圖２．３表示的是矩形波紋板上氣液兩相逆流流動的數(shù)值模型。其中，藍色Ａｉｒ部分代逡逑表氣相區(qū)域，紅色Ｌｉｑｕｉｄ部分代表液相區(qū)域。Ｌｉｑｕｉｄ－ｉｎｌｅｔ和Ｌｉｑｕｉｄ－ｏｕｔｌｅｔ分別對應物理模逡逑型中的液體入口和出口，Ａｉｒ－ｉｎｌｅｔ和Ａｉｒ－ｏｕｔｌｅｔ對應氣體出入口。Ｗａｌ丨對應波紋板表面，逡逑Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ是ＯｐｅｎＦＯＡＭ特有的邊界，表示大氣。在不考慮氣速的模型中，氣相計算域逡逑的高度設定為液相高度的４倍。逡逑邊界條件基本上被劃分為兩種類型，一種直接設定了邊界條件上變量的數(shù)值，被稱為逡逑“固定值”另一種設定了邊界上變量的法向梯度，被定義為“固定梯度”。在固定梯度條逡逑件中

【參考文獻】

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本文編號：2812679