空气助力扇形喷嘴雾化质量数值计算及喷嘴内部流动和空化现象的CFD三维模拟

摘要

常用的雾化喷嘴虽然结构简单，但喷射压力高、雾化质量较差。空气雾化喷嘴是一种广泛应用于液体雾化的装置。其主要特点就是在喷嘴内部设计了空气流道，利用高压空气的喷散作用，以较高的速度夹带着液体喷出，使液体雾化成更细的液滴。本文通过数值计算和模拟仿真相结合的方法，对内混式空气雾化喷嘴的雾化质量和内部流动进行了研究。
　　运用导师曹建明教授推导的喷雾液滴尺寸分布函数，用Fortran语言编写计算程序，对喷雾液滴尺寸分布进行数值计算，理论计算与马尔文测得的实验数据进行对比分析，理论计算结果与喷雾特性试验结果拟合良好，均为单波峰曲线，均呈先增大后减小的趋势，验证了喷雾液滴尺寸分布模型的有效性。
　　由于喷嘴的尺寸小，结构复杂，其内部的流动难以通过传统的物理模拟实验进行可视化研究，而喷嘴内流体的宏观流动和湍流脉动对喷雾有强烈的影响。随着计算流体力学CFD软件技术的发展，可以利用计算机数值模拟方法对喷嘴性能进行模拟研究。本文采用CFD对喷嘴内部流场的流动进行了三维的仿真模拟，分析了不同工况下内部压力分布、速度分布、气液体积分布以及内部空化现象的研究，数值模拟结果对于空气雾化喷嘴在现实中的应用具有指导意义，这对之前的喷嘴实验研究是一个很好的补充。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2喷嘴的发展概述

1.3喷嘴的研究内容和方法

1.4空气雾化喷嘴研究

1.5喷嘴内部流动及空化研究

1.6本文研究内容

第二章 喷嘴三维流场数值模拟计算方法

2.1 计算流体动力学(CFD)简介

2.2 流体基本控制方程

2.3湍流模型的选择

2.4 控制方程的离散化

2.5流场数值计算的方法

2.6 多相流模型的选择

2.7 fluent软件介绍

2.8 本章小结

第三章 喷嘴的三维数值模拟分析

3.1多相流的计算方法

3.2喷嘴几何模型

3.3 喷嘴内部流场的网格划分

3.4求解器及计算模型的选择

3.5流体材料物理属性

3.6喷嘴内部流场仿真的边界条件

3.7喷嘴内部流动过程的模拟结果分析

3.8本章小结

第四章 喷嘴液滴雾化质量的数值计算

4.1 雾化液滴尺寸分布函数

4.2雾化液滴尺寸分布函数的推导

4.3 雾化液滴尺寸计算所需的理论参数

4.4雾化液滴尺寸的理论计算

4.5本章小结

第五章 全文总结与展望

5.1全文总结

5.2工作展望

参考文献

攻读学位期间发表的论文

致谢