水平圆管内微米级气雾两相流的研究

摘要

液体燃料经超声波雾化后变为微米级雾滴.为了对整个过程中涉及液滴输运及燃烧时蒸发、吸热、爆炸破碎、混合、扩散等变化现象的研究,该文从多相流理论进行深入的研究.该文对多相流研究的历史作了简要的回顾总结;对气雾(粒)两相流研究在多相流研究中的地位作了论述;对气雾(粒)两相流模型作了分析总结,气雾(粒)两相流的研究是目前多相流研究的前沿并具有重大的工程实际意义;对多相流的研究内容及其在中国国民经济建设中的重要地位作了较全面的论述.多相流模型可分为三大类物理模型,即连续介质模型(Continuum Model)、离散颗粒模型(Discrete Particle Model)、流体拟颗粒模型(Pseudo Particle Model).在同一物理模型基础下,由于研究的对象或描述的着眼点(刻划的重点)不一样,产生了不同形式的数学模型和理论研究手段.该文以两相流的物理模型为基础,对两相流的数学模型进行较全面的回顾、归纳和分类,并对各数学模型的优缺点进行分析、讨论.该文基于管内气雾两相流流场的实验装置来进行雾化试验的研究.钢瓶中是高压的氮气N<,2>,通过控制压力可以获得不同的N<,2>初速,N<,2>以一定的初速流入混合室,液体在雾化室里由超声波雾化器雾化获得雾滴,由稳压电源输出的50V,500mA的电流经雾化器中的电震荡器形成高频交流电流,这个高频交流电流使雾化器上的振动膜片产生高频震荡,形成超声波,利用超声波在液相中产生的定向压强,将液体空化,产生液体负离子,最终形成液雾.液雾在混合室中与氮气混合.从混合室出口流入水平放置的内径为30mm的有机玻璃管.实验测定不同氮气流速条件下雾粒的雾化量.分别在Eulerian坐标系下建立了欧拉(Euler)部分方程组,在Lagrange坐标系下建立了拉格朗日(Lagrange)部分方程组.这样,我们一方面可以用具有良好基础的分子动理学理论来描述(计算)颗粒间的相互碰撞,另一方面可在拉格朗日坐标下来描述湍流的扩散特性,从而使得该章所提出的组合法适用于解决具有各种颗粒特征的两相流场.以水雾为例,在冷态下,通过数值计算,得到水平管内气雾两相流的雾粒脉动速度与时均速度之比在管横向(即管径方向)的变化规律,气相和雾粒沿径向的轴向速度分布和相对颗粒浓度沿径向的分布规律.这为进一步的研究奠定了基础.

目录

文摘

英文文摘

华南理工大学学位论文原创性声明及学位论文版权使用授权书

第一章绪论

1.1研究背景

1.2多相流概述

1.2.1多相流理论

1.2.2多相流中相的概念

1.2.3两相流的与单相流的联系

1.3多(两)相流的研究现状

1.3.1多相流的发展历史

1.3.2我国的多相流研究现状

1.4课题的提出

1.5本文的创新及其意义

1.6本章小结

第二章两相流的理论模型

2.1引言

2.2两相流模型

2.2.1连续介质模型

2.2.2离散颗粒模型(颗粒轨道模型)

2.2.3流体拟颗粒模型

2.3两相流系统的主要参数

2.3.1流型

2.3.2表观速度

2.3.3滑速比

2.3.4分相含率

2.3.5压力和压力降

2.4本章小结

第三章管内气雾两相流的理论和计算

3.1管内两相流的运动

3.1.1管内两相流中颗粒相的运动

3.1.2管内两相流的运动

3.2管内气雾两相流的模拟

3.2.1基本的数学模型

3.3数值计算

3.4计算结果及分析

3.4.1管内气雾两相流的雾粒脉动速度与时均速度之比在横向(即管径方向)的变化规律

3.4.2气相和雾粒的轴向速度分布

3.4.3颗粒的浓度分布

3.5本章小结

第四章实验结果

4.1实验台架

4.2超声波雾化原理

4.3实验结果

4.3.1超声波雾化燃料的燃烧产物的测量

4.3.2本文计算模型的实验验证

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢