本文選題：相間滑移　切入點：矩方法　出處：《中國科學技術大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：伴隨水蒸氣凝結(jié)的兩相滑移流動在自然界和工業(yè)應用中十分常見,與社會經(jīng)濟和日常生活息息相關。伴隨水蒸氣凝結(jié)的兩相滑移流動的滑移效應主要體現(xiàn)在兩個方面:一是速度滑移,水蒸氣凝結(jié)產(chǎn)生的液滴密度遠大于氣相密度,因此在氣相運動狀態(tài)發(fā)生改變時,液滴的運動狀態(tài)表現(xiàn)出遲滯現(xiàn)象;二是溫度滑移,水蒸氣凝結(jié)產(chǎn)生的液滴溫度與氣相溫度不一致,并且水蒸氣凝結(jié)釋放的潛熱會加劇這種溫度滑移,并顯著影響氣相的運動狀態(tài)。由于水蒸氣凝結(jié)過程十分迅速且生成的液滴通常在微米及以下量級,常用的理論研究和實驗研究等手段難以進行比較細致的研究,而數(shù)值模擬是當前本問題的有效研究途徑。因此,本文主要應用帶相間滑移的矩方法,對伴隨水蒸氣凝結(jié)的兩相滑移流動進行了研究。具體工作如下:首先,本文對帶相間滑移的凝結(jié)矩方法進行了一定的簡化,用直接向流場中加入大小一致的液滴微粒來代替水蒸氣成核,實現(xiàn)相間速度滑移效應與水蒸氣的凝結(jié)放熱、液滴增長等因素解耦,以便更好的分析相間滑移效應對流場結(jié)構的影響。本文對液滴從蘭金渦渦核內(nèi)部向外遷移的過程進行了細致的分析,發(fā)現(xiàn)流場失穩(wěn)時液滴分布呈現(xiàn)出的"四旋臂"結(jié)構,并進一步從流場渦量演化的角度對流場失穩(wěn)的機制進行了分析。然后,本文對蘭金渦中的水蒸氣凝結(jié)問題進行了數(shù)值研究。因為水蒸氣凝結(jié)產(chǎn)生的液滴比較小,滑移效應也比較弱,所以水蒸氣凝結(jié)釋放的潛熱是影響流場狀態(tài)的主要因素。從液滴分布方面來看,雖然液滴滑移效應比較弱,但是液滴仍會向渦核外遷移,并在此過程中不斷增長;從流場參數(shù)變化來看,凝結(jié)產(chǎn)生的熱量會使旋渦內(nèi)部壓強增大、溫度升高。但蘭金渦是壓強與速度自匹配的旋渦流動,所以伴隨而來的就是旋渦運動速度的減小,從而使旋渦的強度變?nèi)?這一點有著重要的現(xiàn)實意義。本文也討論了液滴凝結(jié)增長對滑移效應的影響。結(jié)果表明,在液滴凝結(jié)增長過程中,氣相會有一部分動量隨水的氣液轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)移到液滴上。這種額外的動量轉(zhuǎn)移使得微液滴與氣相的滑移馳豫過程變短,增強了微液滴的跟隨性,削弱了氣液兩相間的滑移效應。最后,本文將異質(zhì)凝結(jié)矩方法擴展為帶相間滑移的異質(zhì)凝結(jié)矩方法,并對無凝結(jié)、有異質(zhì)凝結(jié)無液滴滑移以及有異質(zhì)凝結(jié)有液滴滑移三種流動工況下的出口馬赫數(shù)為2的噴管流動進行了數(shù)值研究,分析異質(zhì)凝結(jié)與液滴滑移效應對噴管流動的影響。結(jié)果表明,異質(zhì)凝結(jié)在噴管的收縮段就已經(jīng)發(fā)生,使噴管流動壓強升高,馬赫數(shù)增大;液滴滑移效應會阻礙氣流的膨脹,使噴管流動的壓強升高,馬赫數(shù)減小,其影響幅度為5%左右。
[Abstract]:Two-phase slip flow with condensation of water vapor is very common in natural and industrial applications. The slip effect of two-phase slip flow with water vapor condensation is mainly reflected in two aspects: one is velocity slip, the density of droplet produced by water vapor condensation is much larger than that of gas phase. Therefore, when the moving state of the gas phase changes, the droplet shows hysteresis, and the temperature slippage, the droplet temperature produced by the condensation of water vapor is not consistent with the temperature of the gas phase. Moreover, the latent heat released by steam condensation will aggravate this temperature slip and significantly affect the gas phase motion. Because the condensation process of water vapor is very rapid and the droplets are usually in the order of micron and below, However, numerical simulation is an effective way to study this problem. Therefore, the moment method of interphase slip is mainly used in this paper. In this paper, the two-phase slip flow with water vapor condensation is studied. The main work is as follows: firstly, the condensation moment method of interphase slip is simplified in this paper. Instead of nucleating water vapor, the effect of velocity slip between phases is decoupled from the condensation and heat release of water vapor and droplet growth by adding droplet particles of the same size to the flow field directly. In order to better analyze the effect of interphase slip effect on the flow field structure, this paper makes a detailed analysis of the migration process of droplets from the inner and outer parts of the orchid vortex core, and finds out that the droplet distribution presents a "four-arm" structure when the flow field is unstable. The mechanism of flow field instability is further analyzed from the point of view of vorticity evolution of the flow field. Then, the condensation of water vapor in the orchid vortex is studied numerically because the droplets produced by the condensation of water vapor are relatively small. The slip effect is also weak, so the latent heat released by steam condensation is the main factor affecting the flow field. From the point of view of droplet distribution, although the droplet slip effect is weak, the droplet will still migrate outside the vortex nucleus. From the point of view of the variation of flow field parameters, the heat produced by condensation will increase the internal pressure and increase the temperature of the vortex, but the orchid vortex is a vortex flow with self-matching pressure and velocity. Therefore, it is of great practical significance to reduce the velocity of vortex motion and weaken the intensity of vortex. The effect of droplet condensation growth on slip effect is also discussed in this paper. In the process of droplet condensation, some of the momentum in the gas phase will be transferred to the droplet with the gas-liquid transformation of water. This extra momentum transfer shortens the slip relaxation process between the microdroplet and the gas phase, and enhances the following property of the microdroplet. Finally, the heterogeneous condensation moment method is extended to the heterogeneous condensation moment method with interphase slip. The flow of nozzle with Mach number 2 at outlet under three flow conditions with heterogeneous condensation without droplet slip and with heterogeneous condensation with droplet slip is numerically studied. The effects of heterogeneous condensation and droplet slip on nozzle flow are analyzed. The heterogeneous condensation has already occurred in the contraction section of the nozzle, which makes the nozzle flow pressure increase and the Mach number increase, and the droplet slip effect will hinder the expansion of the air flow, increase the pressure of the nozzle flow, decrease the Mach number, and its influence range is about 5%.
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：O35

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 李莉;談談液滴間不溶合現(xiàn)象[J];現(xiàn)代物理知識;2000年04期

2 林志勇;彭曉峰;;振蕩液滴內(nèi)部流態(tài)[J];工程熱物理學報;2007年02期

3 劉志鵬;徐進良;;T型微流控芯片中的液滴形成[J];微納電子技術;2007年03期

4 孫煒;季杰;何偉;;人體呼出的污染液滴在空氣中的蒸發(fā)和沉降特性[J];中國科學技術大學學報;2008年04期

5 崔潔;陳雪莉;王輔臣;龔欣;;撞擊液滴形成的液膜邊緣特性[J];華東理工大學學報(自然科學版);2009年06期

6 熊燃華;許明;李耀發(fā);楊基明;羅喜勝;于勇波;趙鐵柱;;液-液兩相介質(zhì)中液滴在沖擊作用下的演變過程[J];中國科學:物理學 力學 天文學;2010年06期

7 張謹奕;薄涵亮;孫玉良;王大中;;三維空間液滴運動模型[J];清華大學學報(自然科學版);2013年01期

8 李大鳴;王志超;白玲;王笑;;液滴撞擊孔口附近壁面運動過程的模擬研究[J];物理學報;2013年19期

9 王琪民,蘇維,王文東,王清安;用高速攝影方法研究單液滴運動[J];高速攝影與光子學;1987年03期

10 E.Blaβ ,李素琴;氣泡和液滴的生成和并合[J];力學進展;1990年04期

相關會議論文 前10條

1 左子文;王軍鋒;霍元平;謝立宇;胡維維;;氣流中荷電液滴演化的數(shù)值模擬[A];中國力學大會——2013論文摘要集[C];2013年

2 賀麗萍;夏振炎;;低流量微管末端液滴形成及破碎的研究[A];第八屆全國實驗流體力學學術會議論文集[C];2010年

3 熊燃華;許明;李耀發(fā);楊基明;羅喜勝;于勇波;趙鐵柱;;液-液兩相介質(zhì)中液滴在沖擊作用下演變模式[A];第十四屆全國激波與激波管學術會議論文集（下冊）[C];2010年

4 劉華敏;劉趙淼;;液滴形成與下落過程分析[A];北京力學會第13屆學術年會論文集[C];2007年

5 鄭哲敏;;液滴與液面碰撞時發(fā)生環(huán)形穿入的條件[A];鄭哲敏文集[C];2004年

6 劉偉民;畢勤成;張林華;孟凡湃;薛梅;;液滴低壓閃蒸形態(tài)和溫度變化的研究[A];山東省暖通空調(diào)制冷2007年學術年會論文集[C];2007年

7 呂存景;;微尺度下的液滴黏附力學[A];慶祝中國力學學會成立50周年暨中國力學學會學術大會’2007論文摘要集（下）[C];2007年

8 陳雪;朱志強;劉秋生;;固體表面液滴熱毛細遷移的實驗研究[A];中國力學大會——2013論文摘要集[C];2013年

9 郭加宏;胡雷;戴世強;;液滴沖擊固體表面液膜的實驗和數(shù)值研究[A];第九屆全國水動力學學術會議暨第二十二屆全國水動力學研討會論文集[C];2009年

10 魏明銳;趙衛(wèi)東;孔亮;沃敖波;;液滴修正零維蒸發(fā)模型的推導與分析[A];2007年APC聯(lián)合學術年會論文集[C];2007年

相關重要報紙文章 前2條

1 王小龍;新法可讓液滴按需形成任意形狀[N];科技日報;2014年

2 孫文德;液滴透鏡[N];中國知識產(chǎn)權報;2001年

相關博士學位論文 前10條

1 劉棟;液滴碰撞及其融合過程的數(shù)值模擬研究[D];清華大學;2013年

2 周源;蒸汽爆炸中熔融金屬液滴熱碎化機理及模型研究[D];上海交通大學;2014年

3 張璜;多液滴運動和碰撞模型研究[D];清華大學;2015年

4 王志超;基于SPH-DEM耦合方法的液滴沖擊散粒體運動機理研究[D];天津大學;2015年

5 霍元平;荷電液滴破碎機理及電流體動力學特性研究[D];江蘇大學;2015年

6 范增華;基于疏水表面冷凝和振動粘著控制的微對象操作方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2016年

7 王兵兵;電場下液滴界面輸運與傳熱特性的分子動力學研究[D];華北電力大學(北京);2016年

8 嚴啟凡;流動聚焦液滴生成技術研究[D];中國科學技術大學;2016年

9 張博;液滴潤濕行為與表面微納結(jié)構關系的模擬研究[D];北京化工大學;2016年

10 饒莉;液—液分散體系中液滴的動力學行為研究[D];北京化工大學;2016年

相關碩士學位論文 前10條

1 崔艷艷;液滴撞擊傾斜壁面動力學過程研究[D];大連理工大學;2010年

2 吳方;微流控系統(tǒng)的高通量液滴檢測[D];天津理工大學;2015年

3 龔翔;電場作用下液滴的聚結(jié)特性及高壓靜電破乳研究[D];集美大學;2015年

4 李艷斌;工業(yè)廠房中敞口槽散發(fā)純水液滴的蒸發(fā)和運動規(guī)律[D];西安建筑科技大學;2015年

5 張慧;液滴在隨機粗糙表面的鋪展動力學仿真研究[D];蘇州大學;2015年

6 蘇鳳婷;基于單探針和液滴輔助的微構件轉(zhuǎn)移方法和實驗研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2015年

7 雷慶;液滴與疏水和超疏水固體表面作用的研究[D];北京化工大學;2015年

8 伍福璋;微米級別因素對動態(tài)接觸角影響的實驗研究[D];南昌大學;2015年

9 李德偉;液滴碰壁鋪展與振蕩的研究[D];大連理工大學;2015年

10 李志江;基于液滴噴射技術的塑料增材制造系統(tǒng)研究與開發(fā)[D];北京化工大學;2015年

，

本文編號：1557804