面向绿色船舶的分形射流增混技术研究

摘要

改善射流的掺混性能存在着诸多方式，其中通过优化喷嘴结构从而改善喷射过程的方式是最为直接与简单的一种。对掺混性能进行有效的提升不仅具有较为深刻的科学意义，而且对诸如燃烧器、混合器等绿色船舶技术中存在喷射过程的设备具有重要的指导价值。本文根据分形几何理论在正方形普通网格喷嘴的基础上设计了与之阻塞比相同的正方形分形网格喷嘴。在大范围的雷诺数(Re=12000～42000)工况下对正方形分形与普通喷嘴的射流瞬时流场显示及速度场进行测量，系统地探究了分形射流的流动与混合特性。
　　本研究主要内容包括：⑴针对两种射流瞬时流场的对比分析发现，分形射流的流场内涡结构三维性较强并且分布更密集，扩散角更大，这间接证明了分形射流的掺混性能较高；⑵通过分析射流中心线和横截面平均速度和脉动速度，发现分形射流其中心线速度衰减较快，更早地（2.5＜x/De＜10）进入自相似状态，并且湍流度更高，这意味着分形射流在发展过程中对周围流体具有更强的卷吸能力；⑶通过分析射流中心线湍动能能量频谱以及湍流尺度的对比情况，本本文发现阻塞率分布不均的分形网格使得射流在更宽尺度范围内对周围流体进行卷吸，因而其能量、动量与质量传递与扩散的过程更为迅速，在1＜x/De＜10范围内分行射流的增混作用明显。因此分形射流对于开发高效燃气锅炉燃烧器、混合器等绿色船舶技术具有重要的应用价值。

目录

声明

摘要

1．1 研究背景

1．1．1 发展绿色船舶的必要性

1．1．2 优化喷射技术具有重要的应用价值

1．2 射流增混技术的研究进展

1．2．1 射流的湍流混合过程

1．2．2 射流的增混技术研究

1．2．3 新型高效分形射流研究

1．3 本文研究内容

第2章 射流冷态流场特性实验

2．1 实验系统

2．1．1 射流供气系统

2．1．2 数据测量系统

2．1．3 综合控制系统

2．1．4 流场显示系统

2．2 实验喷嘴

2．3 流场显示实验

2．3．1 流场显示实验操作步骤

2．4 热线数据采集实验

2．4．1 热线风速仪标定

2．4．2 热线风速仪数据采集实验

2．5 原始数据处理

2．6 本章小结

第3章 实验结果与讨论

3．1 瞬时流场显示

3．2 射流中心线湍流特性

3．2．1 中心线平均速度

3．2．2 中心线脉动速度与湍流度

3．2．3 中心线概率密度函数

3．2．4 中心线湍动熊能量频谱特性

3．2．5 中心线湍动能耗散率

3．2．6 中心线湍流尺度

3．3 射流横截面湍流特性

3．3．1 平均速度场

3．3．2 脉动速度场

3．4 本章小结

4．1 结论

4．2 展望

参考文献

攻读学位期间公开发表论文

致谢

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