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高温环境下高粘流体湍动射流特性分析

韩琦瑶  
【摘要】:雾化射流技术在工业生产、医学治疗、农业喷雾等领域均发挥着重要的作用,良好的雾化也是高效、节能的前提。流体的雾化机理直接影响着雾化效果,保证雾化质量首先必须对雾化射流技术进行深入研究。近年来,随着现代社会技术的不断发展,雾化过程所涉及的液态介质不仅仅局限在传统单相低粘流体,而且延伸至高粘流体,所涉及的工况条件也不仅仅局限于常温常压,而且延伸至电磁、高温、高压等特殊环境。所以对特殊环境下,特殊流体的研究具有十分重要的现实意义。特别地,特殊环境下,高粘流体雾化特性分析成为相关领域研究的热点,它不仅有重要的学术价值而且有广泛的工业应用价值。本文首先利用CFD-Fluent VOF模型跟踪气液两相交界面的方法对喷嘴混合腔体内部气液流型转变条件进行了研究分析,并获取相关参数作为雾化射流场初始条件。设定ALR范围0.02~0.2,对喷嘴内部的气液两相流型变化进行仿真,得到四种经典流型及其转变条件。由于液态介质的粘度受温度影响较大,文章紧接着对液体粘温特性进行理论估算分析,并列举了几种常见介质的粘温特性曲线,分析了本文液态介质粘度随温度变化趋势。其次,本文利用CFD-Fluent DPM模型对雾化射流场进行数值模拟,考虑了液滴受力,二次雾化,液滴碰撞、合并等现象,连续气相采用N-S方程及湍流模型,离散液滴采用粒子跟踪法,其中湍流模型采用k-?及LES方法。利用稳态及瞬态模拟分别对下游雾化场进行分析,得到不同粘度的液滴沿轴向、径向分布规律。文中分析了各工况条件对射流雾化的影响,引入接近于介质沸点的温度,讨论分析了温度对甘油贯穿距、SMD变化的影响、不同温度下SMD轴向分布规律、不同温度下SMD径向分布规律。最后本文量化了ALR、喷嘴直径、入射压力、表面张力、粘度等影响因子对SMD沿轴向变化的趋势的影响,通过无量纲相乘的方式获得SMD预测公式,结合预测公式,通过大量可重复性计算与国内外公开发表论文中的实验数据相互验证后,证明该公式具有一定的参考意义,为工业界的粒径预测工作提供了一种新的思路。


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