两相流喷嘴内外流场雾化特性的数值模拟及实验研究

摘要

在科技飞速发展的21世纪，喷雾的应用非常广泛，大到涉及工业生产、农业生产的方方面面，小到与人民息息相关的日常生活。在整个喷雾系统中喷嘴是最重要的原件,喷嘴结构特性的好坏对雾化特性起着决定性的影响，因此对于研究喷雾系统雾化特性，我们首先要研究喷嘴的雾化特性。生产生活中涉及到的雾化喷嘴构造都非常单一，但是喷射压力要求高且雾化效果差。两相流喷嘴在雾化领域中占有重要地位，其主要特征就是喷嘴内部既设计有液体流道又有气体流道。两相流气力式喷嘴雾化原理就是通过高压气体的高压喷射功能，在喷嘴出口处气体以较高的速度夹杂着液体喷出，利用两相之间的相互作用把液体雾化成微小的颗粒。本文分别采用数值模拟和实验研究的方法对内混式两相流喷嘴进行了雾化特性的研究。
　　本文所完成的研究工作主要包括如下几点内容：
　　1.理论分析及数值研究方面，首先，针对内外流场分别通过Solidworks软件进行了数值模型的建立。然后，在ICEM中进行网格划分及边界条件的设定。之后，在ANSYS Fluent中设定初始条件及计算控制参数等并进行数值计算，对计算结果进行后处理。最后，通过软件后处理功能把压力、速度等重要参数绘制成简单易懂的粒子图，便于分析喷嘴在不同工况下的两相流动特性。
　　2.实验研究方面，首先在实验室有限条件下搭建了一套两相流动实验平台，设计了一套喷雾实验测试系统。然后，对喷雾系统进行测试以及实验工况的选定。之后，通过数码相机拍摄不同工况下的喷雾锥角、液滴速度及粒径成像图。最后，通过Photoshop软件对图像进行处理分析。得到了雾化锥角随流量、压力等物理量的变化规律以及一定流量不同压力下液滴速度及粒径的变化规律及均匀分布情况。
　　本文把仿真模拟结果与实验结果进行比较,通过图形方式剖析两种方法的契合度，通过比较得到两种结果总体上比较切合，局部结果分歧较大，希望研究结论为以后喷雾的研发设计提供参考。

目录

声明

第一章 绪论

1.1引言

1.2喷嘴类型及应用领域

1.3国内外的研究进展

1.4本文主要研究内容

第二章 流体力学的理论基础

2.1流体的一些基本概念及其性质

2.2两相流动的基本控制方程

2.3雾化原理

2.4 数值模拟步骤

2.5湍流模型的选择

2.6多相流模型的选择

2.7本章小结

第三章 喷嘴的CFD建模及数值模拟方法

3.1计算流体的动力学概述

3.2内流场建模及网格划分

3.3 Fluent求解方法

3.4控制方程离散化

3.5迭代计算及收敛性检验

3.6本章小节

第四章 喷嘴内外流场的数值模拟及结果分析

4.1喷嘴内部流动过程的模拟结果及分析

4.2外流场建模及布尔运算

4.3外流场网格划分及边界条件

4.4喷嘴外部流动过程的模拟结果及分析

4.5本章小结

第五章 实验研究方法及结果分析

5.1 雾化实验的评价指标及背景条件

5.2搭建实验台

5.3 实验过程及步骤

5.4实验结果及分析

5.5本章小结

总结与展望

总结

展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间论文发表及科研情况