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蒙特卡罗法对射流泵内部流场的数值模拟

李同卓  
【摘要】:射流泵是以液体射流作为工作介质,通过流体质点或微团的紊动扩散作用,把能量传给被抽流体的一种流体机械及混合反应设备。它被广泛应用于国民经济各部门,并逐步发展成为一门新的学科“喷射技术”。虽然射流泵结构比较简单,但是理论却是非常复杂。随着电子计算机技术的发展,数值计算已经成为研究射流泵内部流场的有效手段之一。用蒙特卡罗法研究射流泵流场,目前在国内外文献很少报导,因此本文所做的工作为射流泵的研究,开辟了一个新的方向。主要的内容如下: 首先,阐述了射流泵的工作原理、发展概况;接着对计算流体力学中常用的计算方法进行了评述;然后,介绍了蒙特卡罗法的研究概况及其对本课题的意义。 其次,对蒙特卡罗方法的基本思想、特点和原理作了详细的阐述,再次证明了蒙特卡罗方法如何解决一般的二维抛物型偏微分方程,以及蒙特卡罗法如何在计算机上实现。 第三,总结了在直角坐标系和轴对称柱坐标系下,流体的连续性方程和动量方程的几种特殊形式。并且是从剪切紊流特征出发,根据紊流理论分析和实际观测资料,得到紊动扩散系数表达式。 第四,首次在二维直角坐标系下,对恒定流体的连续性方程和动量方程(其中包括无压力项的齐次方程和有压力项的非齐次方程)进行了单相射流泵(平面问题)内部流场的数值计算,主要是给出具体的随机游动模型。对于非齐次方程采用了压力耦合和动量方程联立求解的方法,算出的结果和解齐次方程在同样的初值和边界条件下,相差不大。还分析了随机游动的次数和所用计算机机时之间的关系图;随机游动次数和误差之间的关系;迭代次数和误差之间的关系。 第五,首次在二维轴对称柱坐标系下,对恒定流体的连续性方程和动量方程(其中包括无压力项的齐次方程和有压力项的非齐次方程)进行了单相射流泵(轴对称问题)内部流场的数值计算,主要是给出具体的随机游动模型。对于非齐次方程采用了压力耦合和动量方程联立求解的方法,算出的结果和解齐次方程在同样的初值和边界条件下,相差不大。并且和激光流速仪实测的速度数据进行了验证,两者基本吻合。


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