水平板壁水膜流动及破碎数值模拟

摘要

水膜的流动波动及破碎问题，在热能工程、能源等诸多工业设备中广泛存在，发展和完善研究水膜流动波动破碎的方法是揭示其特性的关键。本文从流体力学基本原理出发，通过合理的假设及简化，分别建立了水膜流动、波动及破碎的数学模型，然后编制计算程序分别进行模拟。 对于无波动的水膜流动模型，采用有限体积法对控制方程进行离散，对流项采用迎风格式，扩散项采用中心差分格式。对离散方程的求解采用亚松弛迭代法，数值计算得出汽流速度是影响水膜速度分布的主要因素。对于水膜波动，在进行量纲分析得到简化的控制方程及边界条件后，使用由权重因子控制的差分格式，对控制方程进行离散，利用施主一受主方法对流体体积方程进行离散，采用VOF方法即体积函数C对自由界面进行追踪，得到水膜波动曲线，发现平板水膜入口振动频率的增加会导致水膜波动振幅的降低，同时水膜的振幅随着水膜流动方向趋于平缓。 在表面张力模型基础上，给出判断水膜破碎准则。认为当汽流切应力大于水膜表面张力水平分量时，水膜破碎。在波动程序中加入该判断条件，计算得出理论水膜破碎时的汽流速度，以及破膜速度随蒸汽湿度的变化规律：使平板水膜破碎的汽流的临界速度，随着汽流湿度的增加，基本呈线性下降。本文研究对于波形板汽水分离器破膜速度的研究具有参考价值。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题研究的背景

1.2研究现状

1.2.1液膜动力及稳定特性

1.2.2有汽流作用的液膜流动

1.2.3液膜破裂特性

1.3本文内容

第2章平板水膜流动数值模拟

2.1流动模型的建立

2.1.1问题的提出

2.1.2流动方程的建立

2.1.3边界条件

2.2控制方程通用形式

2.3流动方程数值计算

2.3.1流体计算的一般过程

2.3.2常用的离散化方法

2.3.3网格的划分

2.3.4建立离散方程

2.3.5初始条件及边界条件

2.4离散方程的求解

2.5计算结果及分析

2.6本章小结

第3章水膜波动模型

3.1控制方程

3.2边界条件

3.3入口边界

3.4出口边界

3.5水膜波动方程的简化

3.6本章小结

第4章平板水膜波动模拟

4.1流体体积函数(VOF)方法及原理

4.2数值系统

4.2.1计算网格

4.2.2控制方程的差分形式

4.2.3边界条件的设置

4.2.4速度压力修正

4.3自由表面的追踪

4.3.1流体体积方程离散

4.3.2自由界面的重构

4.4数值稳定收敛条件

4.5计算步骤

4.6本章小结

第5章波动结果分析及破碎的判断

5.1波动计算结果分析

5.2水膜破碎的判断

5.2.1水膜表面张力

5.2.2水膜自由表面张力模型

5.2.3水膜破碎计算

5.3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