水平撞击流干燥器流动特性与传热特性的数值模拟

摘要

对于撞击流的研究主要停留在实验研究阶段，国内外学者曾做过很多研究。然而，实验研究耗费巨大，受到时间、实验环境、实验设备等因素的限制。为了避免实验研究的缺点，本文借助计算机强大的计算功能，试图采用数值模拟的方法来研究水平撞击流干燥器中流场的特性和流场中颗粒与空气间的传热特性。 本文的研究对象是水平撞击流干燥器，为了得到精确的流动特性，本文采用了CFD软件——FLUENT来进行数值模拟。通过建立几何模型，划分网格，选择适当的数学模型和参数进行迭代计算之后，对数值模拟的结果又进行了后处理。笔者首先研究了空气的单相流动特性，主要探讨了流场的形态以及静压的分布情况，并且讨论了影响空气最大径向速度的几个主要因素(空气进口速率、进口管间距和进口管直径)。随后研究了颗粒相的运动特性和传热特性，主要包括颗粒的运动轨迹、颗粒速度的变化情况、颗粒在水平撞击流干燥器中的平均停留时间以及颗粒与空气之间的对流传热系数，得到了对流传热系数与颗粒质量流量之间的关系式。最后，利用本文的模型研究了颗粒直径对颗粒平均停留时间和对流传热系数的影响。通过把数值模拟的结果与实验数据的比较，发现数值模拟的结果符合现有理论并且和实验数据基本吻合，从而验证了所建模型的正确性，并为今后进一步的理论研究和开发打下基础。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

§1.1引言

§1.1.1撞击流的基本原理

§1.1.2撞击流研究进展

§1.1.3撞击流的主要特性

§1.1.4撞击流应用现状和主要开发研究方向

§1.2计算流体力学与数值模拟简介

§1.2.1计算流体力学简介

§1.2.2数值模拟简介

§1.3本文的主要工作

§1.4本章小结

第二章水平撞击流干燥器流动特性和传热特性的数学模型

§2.1本文的研究对象

§2.2水平撞击流干燥器中流体的基本控制方程

§2.2.1质量守恒方程

§2.2.2动量守恒方程

§2.2.3能量守恒方程

§2.3水平撞击流干燥器中颗粒的控制方程

§2.3.1颗粒运动方程

§2.3.2颗粒传热方程

§2.4颗粒与气体间的耦合作用

§2.4.1动量交换

§2.4.2热量交换

§2.4.3质量交换

§2.4.4相间交换项的亚松弛

§2.5边界条件的给定

§2.5.1连续相初始条件和边界条件的设定

§2.5.2离散相初始条件和边界条件的设定

§2.6本章小结

第三章水平撞击流干燥器中流动特性与传热特性的数值求解

§3.1控制方程的数值求解

§3.2使用FLUENT进行数值求解

§3.2.1GAMBIT建模及网格划分

§3.2.2 FLUENT中多相流模型的选取

§3.2.3FLUENT数值求解过程中参数设定

§3.2.3FLUENT数值求解过程中的注意事项

§3.3离散相的计算过程

§3.4本章小结

第四章数值模拟的结果与分析

§4.1连续相(空气相)数值模拟的结果与分析

§4.1.1连续相的流场分布与静压分布

§4.1.2最大径向速度的影响因素

§4.2离散相(颗粒相)数值模拟的结果与分析

§4.2.1颗粒在流场中的运动情况

§4.2.2颗粒的平均停留时间

§4.2.3颗粒传热系数h的研究

§4.3颗粒直径对平均停留时间和传热系数的影响

§4.4本章小结

第五章结论与展望

§5.1本文的主要研究成果

§5.2本文主要创新点

§5.3本文的不足以及对今后工作的设想

参考文献

主要符号表

致 谢

学习期间发表的论文：

附录