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船舶压载水旋流分离处理的应用理论研究

任福安  
【摘要】:旋流分离方法以其操作简单、运行安全、成本合理、不会产生新的污染等独 特的优越性在船舶压载水的处理中具有光明的应用前景。为此,本文针对船舶压 载水应用旋流分离处理进行了理论分析和研究。主要内容包括: 在涡运动理论的基础上,考虑流体的粘性效应,从流体动力学基本方程出发, 分析推导了旋流分离器内流体的切向速度和切向应力的分布表达式,定性讨论了 旋流分离器外壁的转动对切向速度和切向应力的影响。旋流分离器外壁的转动, 不仅使旋流分离器内流体质点的切向速度增加,而且还使切向应力减小,这对旋 流分离器分离效率的提高都是非常有利的。 针对湍流流场数值计算中湍流模型的选用,本文提出了综合考虑模型的适用 性、模型的精确性、模型的经济性、模型的繁杂程度以及所选用的数值计算方法 等因素的湍流模型可用性指数的判断方法,为湍流模型的选择提供了一种量化的 判别依据。 本文提出了有限分析一等参元数值计算方法,它不仅继承了有限分析法和等参 单元法的全部优点,同时也克服了有限分析法不适用于复杂边界区域、等参单元 法的插值函数与微分方程(局部解析解)无关等缺点,因而在高精度的前提下具 有更广泛的适用性。 本文提出了采用有限分析法来进行流场的网格自动剖分,它不仅远比已有的 网格自动剖分方法简单,而且精度高、坐标疏密控制极为容易,同时也将目前的 网格剖分的方法规格化。 本文采用各向异性κ-ε湍流模型、有限分析-等参元法、多重网格技术对单相 旋流流场进行了数值模拟,并与相关文献资料中的实验测试数据进行了对比验证, 既证实了各向异性κ-ε湍流模型可以很好地模拟旋流流场,能正确地反映出这种 强旋湍流的运动特征,也证明了对不规则边界流场采用有限分析-等参元法是准确 有效的。在单相旋流流场数值模拟的基础上,对单相旋流流场进行了分析,讨论 了壁面转动、入口流量和流量比对分离效率和压强降的影响。 本文对湍流两相流模型的确定轨道模型进行了修正,提出了适用于各向异性 湍流流场的颗粒轨道模型,同时还提出了采用网格单元为控制体,通过对控制体


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