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旋流式喷嘴横向流中雾化场实验及数值分析

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摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 选题背景

1.1.1 喷雾技术原理及其应用

1.1.2 喷雾的重要装置——喷嘴

1.2 文献综述及研究现状

1.2.1 雾化机理学说

1.2.2 雾化实验和数值模拟研究现状

1.2.3 横向流雾化研究现状

1.3 本文任务

第二章 旋流喷嘴结构设计

2.1 旋流式喷嘴的结构

2.2 喷嘴设计方法

2.3 结构尺寸对喷嘴性能的影响

2.4 喷嘴设计计算结果

2.5 本章小结

第三章 单喷嘴开放环境下雾化场研究

3.1 喷嘴喷雾实验

3.1.1 光脉动法测试理论

3.1.2 光脉动法测试装置

3.1.3 系统标定

3.1.4 喷雾实验

3.2 数值模拟理论基础

3.2.1 连续相基本控制方程

3.2.2 湍流流动模型

3.2.3 离散相控制方程

3.2.4 连续相与离散相耦合模型

3.2.5 雾化模型

3.2.6 雾滴破碎模型

3.2.7 雾滴蒸发模型

3.2.8 雾滴碰撞模型

3.2.9 雾滴碰壁模型

3.2.10 数值模拟算法

3.3 数值模拟及结果分析

3.3.1 外流场物理模型及网格划分

3.3.2 边界条件及计算模型

3.3.3 数值模拟结果分析

3.4 本章小结

第四章横向流中单喷嘴雾化场研究

4.1 实验台的设计与搭建

4.1.1 实验系统

4.1.2 横向流实验台

4.1.3 实验测量方法

4.2 实验数据分析

4.2.1 横向流速度对雾滴粒径的影响

4.2.2 喷射方向角对雾滴粒径的影响

4.3 横向流喷雾场数值模拟

4.3.1 横向流雾化场物理模型

4.3.2 横向流流道网格划分

4.3.3 边界条件及计算模型

4.3.4 横向流雾化场数值模拟

4.3.5 理论模型精度分析

4.3.6 横向流速度对雾滴粒径分布的影响

4.3.7 喷射方向角对雾滴粒径分布的影响

4.4 本章小结

第五章燃烧室内喷嘴布置优化探讨

5.1 研究意义

5.2 雾化场物理模型

5.3 网格划分及计算方法

5.4 空间均匀性定义

5.5 数值模拟结果及分析

5.5.1 α=0°、β=0° 时的雾滴分布情况

5.5.2 喷射角度α、β对均匀性的影响

5.5.3 喷射角度优化方案

5.5.4 雾化角对均匀性的影响

5.6 本章小结

第六章 结论及展望

6.1 结论

6.2 研究展望

参考文献

致谢

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摘要

横向流雾化广泛应用于喷雾冷却、喷雾除尘、雾化干燥和喷雾消声等工业领域。横向流场中雾化性能受横向流速度、喷嘴喷射角度、工作压力等因素的影响,目前此领域多采用CFD数值模拟与实验相结合的研究方法。国内外对喷嘴喷雾的实验和数值模拟已经开展了相当多的研究,但喷嘴在横向流流场中雾化的影响因素还是一个较新的研究课题。在查阅大量实验和数值模拟计算研究资料的基础上,本文结合项目要求设计出合适的喷嘴并进行加工,通过实验得到不同型号喷嘴在开放环境下的雾化场参数,作为后继横向流雾化数值模拟时喷嘴的模拟参数。设计并搭建横向流实验台,进行横向流中喷嘴喷雾特性实验,得到横向流速度、喷嘴喷射角度等参数对横向流雾化场的影响规律。建立喷嘴外流场连续相和离散相的控制方程,对①喷嘴在开放环境下和②横向流中喷雾的雾化情况进行数值模拟计算,并与实验数据进行对比分析,验证数值模拟的可靠性,利用数值模拟结果得到因实验条件和测量手段限制而无法获得的雾化场参数规律。最后,本文还在数值模拟的基础上,定义雾化均匀性参数,使雾滴空间分布均匀性能够进行量化表示,结合均匀性分析结果探讨燃烧室内喷嘴布置优化方案。

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