具有气浮支撑的旋转式气液混合器流场特性研究

摘要

气液两相流作为旋转式气液混合器内部的流体介质，其流动过程具有强烈的不确定性。本文主要根据旋转式气液混合器的结构形式、工作原理及工作环境，基于流体力学理论及多相流理论，通过数值计算分析的方法，对不同工况下旋转式气液混合器的流场特性进行了研究，主要完成了以下工作：
　　1）针对旋转式气液混合器空载静止工况的特点，定义0.1m·s~-1、0.5m·s~-1、1.0m·s~-l等几种平均流速，研究分析气液两相流平均流速对流场特性的影响，结果表明，随着流速的增大，旋转式气液混合器内部的流场状态由层状流过渡为波状流，且流速越大，波状流越明显，分层区域距离混合器入口侧越远；针对旋转式气液混合器空载旋转工况的特点，定义0r·min~-1、600r·min~-1、1800r·min~-1、3000r·min~-1等不同转速，研究分析离心惯性力对流场特性的影响，结果表明，随着转速的增大，旋转式气液混合器内部的流场状态逐渐表现为“偏心状”轴状流，且两相混合态消失的位置逐渐靠近入口侧。
　　2）针对旋转式气液混合器加载静止工况的特点，充分考虑圆柱发生体阻滞的作用，定义0.1m·s~-1、0.5m·s~-1、1.0m·s~-1等几种平均流速，研究分析在圆柱发生体阻滞作用下，气液两相流平均流速对流场特性的影响，结果表明，随着流速的增大，气液两相流的流型呈现波浪状，流经圆柱发生体时，流域空间减小，出现了束状射流与绕流现象；针对旋转式气液混合器加载旋转工况的工作特点，定义0r·min~-1、600r·min~-1、1800r·min~-1、3000r·min~-1等不同转速，研究分析在圆柱发生体阻滞作用下，离心惯性力对流场特性的影响，结果表明，随着转速的增大，流动形态表现为轴状流，在圆柱发生体阻滞作用下，出现了涡街现象，螺旋流动效应增强。
　　3）根据不同工况下气液两相流的流场状态，改变气液两相流混合比例，对流场力效应及压力谱分布进行分析，结果表明，液相比重是影响流场力效应的重要因素，且混合器最大受力区域出现在最底部位置±600范围内。
　　综上所述，本论文对不同工况下的旋转式气液混合器内部气液两相流流场特性进行了深入研究，并对数值计算的结果进行分析，结果表明，利用数值计算方法可以很好地预测气液两相流的瞬态流场形态以及流场力效应与压力谱分布规律，为设计与改进旋转式气液混合器的径向气浮支撑提供了参考依据，对进一步揭示旋转式气液混合器内部的流场变化机理具有重要的理论意义。

目录

1 绪 论

1.1 研究意义及研究目的

1.2 国内外研究现状

1.3 课题的主要研究内容

1.4 论文的组织架构

2 基本理论与控制方程

2.1 气液两相流基本流动参数

2.2 气液两相流特点

2.3 气液两相流流型分析

2.4 控制方程

2.5 分析模型

2.6 本章小结

3 旋转式气液混合器空载时的流场特性

3.1 空载工况旋转式气液混合器网格模型

3.2 空载工况边界条件

3.3 空载静止工况的流场特性

3.4 空载旋转工况的流场特性

3.5 本章小结

4 旋转式气液混合器加载时的流场特性

4.1 加载工况旋转式气液混合器网格模型

4.2 加载静止工况下的流场特性

4.3 加载旋转工况下的流场特性

4.4 本章小结

5 不同气液比例时旋转式气液混合器流场特性

5.1 空载工况下不同气液比例时的流场特性

5.2 加载工况下不同气液比例时的流场特性

5.3 本章小结

6 结 论

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢

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