基于CLSVOF方法的单液滴撞击网丝特性数值研究

摘要

在丝网分离器中，液滴碰撞网丝的行为几乎无处不在，深入研究液滴的撞击行为，明确二次液滴的产生机理，从而最大限度的利用液滴撞击网丝特性提升丝网分离器的性能，对于丝网分离器的应用具有重要的意义。
　　本文针对液滴撞击网丝的动态过程，采用CLSVOF方法对单个液滴撞击干燥网丝和湿润网丝的问题进行了数值模拟，经过合理的简化，建立了单液滴撞击网丝面的二维数学模型，分析了液滴直径、液滴初速、撞击角和撞击位置对液滴撞击行为特性的影响，研究了液滴撞击过程中液膜形态、内部压力场和速度场的变化特性，并结合丝网分离器内二次携带的产生原因对液滴的破碎进行了讨论。
　　数值计算的结果表明:液滴撞击到干燥网丝上分为铺展和飞溅两个过程，而撞击到湿润网丝后液膜运动形态可分为水波形运动、皇冠形运动和飞溅运动，液滴直径和初速均是以上形态变化的决定因素;撞击角存在时，撞击网丝后液滴内部压力场非对称不均匀，撞击角越小，分离的二次液滴体积越大;撞击点越靠近网丝末端，脱离网丝的液冠的体积越大。以上液滴飞溅现象发生之前往往伴随着狭长压力场的产生和压力场的分离，且液滴分离符合毛细破碎理论。此外，在液滴撞击湿润网丝初期，液滴与网丝面液膜接触点处的颈部凸起的产生是由于颈部区域局部较大压差造成的，对速度场的分析在一定程度上验证了运动间断理论。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1选题背景和意义

1．2丝网分离器概述

1．2．1丝网分离器分离原理

1．2．2丝网分离器特性参数

1．3课题研究现状

1．3．1实验及理论研究现状

1．3．2数值模拟研究现状

1．4本文主要研究内容

第2章数值模拟方法

2．1流体力学控制方程

2．1．1质量守恒方程

2．1．2动量守恒方程

2．1．3能量制恒方程

2．2界面捕捉方法

2．2．1 VOF方法介绍

2．2．2水平集方法(Level-set)介绍

2．2．3 CLSVOF方法的提出

2．3数值模拟前期准备工作

2．3．1求解器选择

2．3．2计算区域初始化

2．3．3数值模拟稳定性和收敛性

2．4本章小结

第3章气流扰动下液滴撞击干燥网丝行为分析

3．1液滴撞击干燥网丝计算模型的建立

3．1．1计算域的确定

3．1．2仿真模拟参数设置

3．2模型验证

3．2．1试验工况说明

3．2．2模型验证结果

3．3单液滴撞击壁面行为分析

3．3．1液滴直径对液滴撞击行为的影响

3．3．2液滴初速对液滴撞击行为的影响

3．3．3撞击角度对液滴撞击行为的影响

3．3．4撞击位置对液滴撞击行为的影响

3．4本章小结

第4章气流扰动下液滴撞击湿润网丝行为分析

4．1气流扰动条件下液膜稳定性分析

4．1．1网丝表面液膜产生原因

4．1．2网丝表面液膜稳定性分析模型建立

4．1．3网丝表面液膜稳定性分析

4．2液滴撞击湿润网丝模型建立

4．3液滴撞击湿润网丝行为数值分析

4．3．1液滴直径对液滴撞击行为的影响

4．3．2液滴初速对液滴撞击行为的影响

4．3．3撞击角度对液滴撞击行为的影响

4．3．4撞击位置对液滴撞击行为的影响

4．4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢