【摘要】：人類賴以生存的大氣中充滿了各種各樣的污染氣體及氣溶膠粒子,對人類的的生存及社會的可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生了巨大的影響�；剂先紵a(chǎn)生的SO_2、NOx等氣體被云或霧中的液滴吸收并以雨、雪的形式降落地表形成酸雨,對生態(tài)環(huán)境造成了極其嚴(yán)重的破壞,因此研究液滴吸收SO_2的過程,對探索酸雨的形成機(jī)理及控制SO_2的擴(kuò)散有著重要的意義。液滴在空氣中運(yùn)動時,表面的剪切力誘發(fā)液滴內(nèi)部流動,內(nèi)部流動對液滴吸收SO_2過程影響的研究尚處于起步階段,本文利用計算流體力學(xué)(Computational Fluid Dynamics,簡稱CFD)軟件Fluent對液滴內(nèi)部流動及吸收SO_2氣體過程進(jìn)行數(shù)值研究,主要工作如下:(1)建立了描述液滴內(nèi)部流動的數(shù)值模型,采用VOF(Volume of fluid,簡稱VOF)方法并結(jié)合用戶自定義函數(shù)(User Defined Functions,簡稱UDF)數(shù)值模擬了單液滴及雙液滴內(nèi)部流動,分析研究不同雷諾數(shù)下單液滴及雙液滴內(nèi)部流態(tài)及發(fā)展過程。結(jié)果表明:單液滴內(nèi)部會產(chǎn)生一對對稱的渦流,渦流中心距液滴中心大約為三分之二的液滴半徑。當(dāng)雷諾數(shù)大于40時,受液滴外部尾渦影響,液滴內(nèi)部首先會產(chǎn)生一大一小兩對渦流,隨后液滴內(nèi)部恢復(fù)為一對穩(wěn)定渦流。當(dāng)粒徑相同的兩個液滴在空氣中運(yùn)動時,受表面剪切力作用,兩個液滴內(nèi)部各產(chǎn)生一對對稱渦流,渦流中心距液滴中心大約為三分之二的液滴半徑。相同雷諾數(shù)下,左邊液滴內(nèi)部渦流強(qiáng)度大于右邊液滴。左邊液滴內(nèi)部渦流強(qiáng)度隨雷諾數(shù)的增大速度要大于右邊液滴。(2)基于氣液相間傳質(zhì)理論,通過UDF實(shí)現(xiàn)液滴內(nèi)部流動及對SO_2氣體的吸收,建立了液滴吸收SO_2的數(shù)值模型,采用VOF方法數(shù)值模擬了未變形液滴與變形液滴吸收SO_2的過程,分析研究不同雷諾數(shù)下液滴內(nèi)部SO_2傳質(zhì)機(jī)理,通過對比相同雷諾數(shù)下變形液滴與未變形液滴的傳質(zhì)特征時間之比,分析研究變形率對液滴吸收SO_2過程的影響。結(jié)果表明:液滴吸收SO_2過程的傳質(zhì)過程受擴(kuò)散傳質(zhì)與內(nèi)部循環(huán)傳質(zhì)控制,渦流形成的特征時間要遠(yuǎn)小于擴(kuò)散傳質(zhì)的特征時間,因此整個傳質(zhì)過程都被渦流傳質(zhì)所影響。當(dāng)雷諾數(shù)較小時(Re_g=0.137),徑向擴(kuò)散傳質(zhì)主導(dǎo)整個傳質(zhì)過程,而當(dāng)雷諾數(shù)較大時(Reg=13.7),內(nèi)部循環(huán)主導(dǎo)著整個傳質(zhì)過程。在中等雷諾數(shù)時(Reg=1.37),傳質(zhì)過程受兩種傳質(zhì)方式綜合影響。液滴變形對于液滴吸收SO_2過程影響很小,可以忽略不計。(3)基于氣液相間傳質(zhì)理論,通過UDF實(shí)現(xiàn)了含內(nèi)核液滴內(nèi)部流動及對SO_2氣體的吸收,建立了含內(nèi)核液滴吸收SO_2的數(shù)值模型,采用VOF方法數(shù)值模擬了固定雷諾數(shù)下帶不同粒徑內(nèi)核液滴吸收SO_2的過程,分析研究內(nèi)核粒徑大小對液滴吸收SO_2過程的影響。結(jié)果表明:固體內(nèi)核有明顯的流動阻滯效應(yīng),對傳質(zhì)過程有著很大的影響。雷諾數(shù)為1.0的情況下,當(dāng)內(nèi)核粒徑較小時(α=0.5,0.6,0.7),徑向擴(kuò)散與內(nèi)部循環(huán)對傳質(zhì)的作用基本相當(dāng),致使SO_2濃度輪廓與液滴內(nèi)部流線一直有關(guān)聯(lián)。但隨著固體內(nèi)核進(jìn)一步擴(kuò)大時(α≥0.8),內(nèi)部循環(huán)傳質(zhì)跟不上徑向擴(kuò)散傳質(zhì),徑向擴(kuò)散控制整個傳質(zhì)過程,也就是說SO_2在液滴內(nèi)部以一維形式傳質(zhì)。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：X517

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2579728