一种制取流体冰新方法的数值模拟研究

摘要

本文采用数值模拟方法，对一种新型制取流体冰的方法进行了模拟研究，对其中一些关键问题进行了探讨，取得了相应的研究结果和结论。 该新型制取流体冰方法的机理是通过一个特殊设计的雾化装置，把低温油介质均匀的导入一个直立的制冰通道，而把水雾化成细小水滴喷入制冰通道中的油介质环境中，水滴在油介质中被冷却直至结成冰颗粒，水滴在介质油中产生相变，所以在这个过程中水和油的流动是水滴，冰颗粒和油介质的多相流动。 本文根据工艺的特性和要求，查阅相关文献和资料，找出了较为合适的两种油类介质：变压器油和缝纫机油，并做与水的相溶性对比试验。 根据新型的制取流体冰方式，本文采用欧拉-拉格朗日数值模拟的方法对对油水多相流动混和物中的连续介质油和离散相水滴分别建立适时动态分布参数模型和离散颗粒轨道模型，对单个颗粒采用空间离散和时间离散的方法对水滴颗粒的内部导热和水滴表面与外界油介质对流换热进行数值模拟计算，得到了粒径，相对速度，通道管径等因素对水滴结冰时间的影响规律，同时运用颗粒轨道模型跟踪到具体的颗粒，模拟计算了喷入制冰通道中的水滴之间的碰撞特性和规律，通道进出口处的水滴的粒径分布状况，并相应的得到了介质油的速度场，温度场和水滴在油介质中的速度场，温度场。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1冰蓄冷技术研究的背景

1.2冰蓄冷技术研究现状

1.3流体冰技术制取方法及性能特点

1.4本课题研究的目的及主要内容

1.4.1本课题的目的

1.4.2本课题研究的主要内容

1.5本章小结

第二章制取流体冰新方法工艺介绍

2.1制冰系统装置说明

2.1.1雾化喷头装置

2.1.2制冰通道

2.1.3冰晶过滤装置及蓄冷罐

2.1.4油介质泵和水泵

2.1.5其它辅助设备及部分辅材

2.2制冰系统性能概述

2.2.1对油介质性能基本要求

2.2.2制冰系统性能优点

2.3制取流体冰新方法所涉及的关键问题

2.4本章小结

第三章载冷油介质的特性分析及选择

3.1载冷油介质特性分析

3.1.1冷冻机油特性分析

3.1.2变压器油特性分析

3.1.3其它油类的特性分析

3.1.4各油介质的运动粘度和含水量对比分析

3.2油介质与水的相溶性试验分析

3.3本章小结

第四章基本理论分析及计算模型建立

4.1基本理论分析

4.1.1水的相变理论

4.1.2水的雾化理论及雾化模型的选取

4.1.3水滴的碰撞理论分析

4.1.4水滴粒径分布理论

4.2连续相油介质的流动控制方程

4.3离散相水滴的颗粒轨道模型

4.3.1水滴的受力分析

4.3.2离散相水滴边界条件

4.4离散相水滴的传热计算模型

4.4.1水滴的物理模型

4.4.2水滴与油介质传热的数学模型

4.5离散相与连续相耦合计算模型

4.5.1动量交换

4.5.2能量交换

4.5.3质量交换

第五章数值模拟计算方法

5.1数值模拟方法

5.1.1欧拉—欧拉方法

5.1.2欧拉—拉格朗日方法

5.1.3拉格朗日—拉格朗日方法

5.2网格的划分

5.3水滴相变传热求解方法

5.3.1空间离散

5.3.2时间离散

5.3.3水滴内部节点差分方程

5.3.4 n号节点差分方程

5.3.5水滴相变潜热的处理方法

5.4离散相模型的求解过程

第六章模拟结果与分析

6.1制冰通道计算模型

6.2水滴在油介质中流动模拟计算分析

6.2.1计算方法

6.2.2计算条件

6.2.3油介质与水滴流场分布

6.2.4水滴在载冷油介质中的碰撞特性研究

6.2.5离散水滴在制冰通道中的粒径分布

6.3水滴在油介质中传热的理论计算分析

6.3.1水滴的物理特性比较

6.3.2水滴处于静态的低温油介质中的理论传热计算

6.3.3水滴处于动态的低温油介质中的传热计算分析

6.3.4油介质不同粘度时理论传热计算

6.4数值模拟(FLUENT)计算分析

6.4.1相同制冰通道中不同粒径的水滴与油介质换热

6.4.2相同制冰通道中不同水流量的水滴与油介质换热计算分析

6.4.3相同水流量时不同制冰通道管径的水滴与油介质换热计算分析

6.4.4相同水流量时不同油介质速度的水滴与油介质换热计算分析

6.4.5相同水流量时不同油介质温度的水滴与油介质换热计算分析

6.4.6 4m，8m冰筒中水滴—油介质传热数值计算

6.5本章小结

第七章结论和展望

参考文献

致谢

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