波纹板薄膜流体共振特性的数值及实验研究

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流经固定几何表面的薄膜流体在一定条件下会产生特殊的“共振现象”。本文通过数值仿真和实验的手段研究了影响共振现象的各个因素，并提出了共振区的概念。使用开源软件OpenFOAM对流经波纹板的薄膜流体进行数值仿真。搭建流场显示实验台进行了实验，实验中使用了PIV（粒子图像测速）方法对流场进行测量并进行图像处理。主要研究成果如下：建立了波纹板薄膜流动的数值模型，并通过实验与仿真结果的对比，对数值模型进行了验证。研究了共振现象的产生对薄膜流体的流场状态及各项流动指标的影响。在共振发生时，薄膜流体的自由表面振荡会达到最大。自由表面相对幅值和自由表面长度在共振点会达到最大值。液膜平均厚度随雷诺数的变化曲线会在共振点附近产生拐点。通过对漩涡变化的深入研究提出了“共振区”的概念。在该区域内自由表面幅值得到提高并且底部漩涡受到抑制。共振区的上下限分别对应着自由表面振幅和自由表面长度随雷诺数变化的两个拐点。在共振区内，液膜平均厚度的增加速度比其他区域慢很多，甚至会有减小的趋势产生。未产生回流区域的速度比漩涡区域的速度要大很多，而且两者之间存在量级上的差距。共振区内的薄膜流体法向速度强度和其他区域相比得到显著增强。研究了影响共振点的各个因素。在未发生液泛现象的气速范围内，气相速度对薄膜流动的共振现象影响有限。波纹高度对于共振点的偏移影响并不是很大，但是相对幅值随着波纹高度的增大而减小。波纹数目在大于3后对于薄膜流动几乎没有影响。波纹板的倾斜角度会对共振产生显著影响，倾斜角度大的情况下流体会更早产生共振现象。表面张力和共振点之间存在线性增长的关系。共振雷诺数随着运动粘度的增大会减小，共振点的大小近似于和动力粘度的0.8次方的倒数呈线性关系。共振点的取值大小近似于和流体密度算数平方根的倒数呈线性关系。得到了共振点和共振发生时的相对幅值和表面张力、粘度以及密度之间的经验公式。在工业生产中，寻找一个特定的操作点是很困难的。本文的研究结果表明在一定的区域范围内，薄膜流体与传质相关的各项流动特性相较其他区域都有所提升。本文的研究能为工业中操作参数的选择提供理论参考。

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作者
蔡来;
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作者单位

浙江大学;

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授予单位浙江大学;
学科动力工程
授予学位硕士
导师姓名洪伟荣;
年度 2018
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类航空发动机（推进系统）;土力学、地基基础工程;
关键词
波纹板; 薄膜; 流体; 共振特性; 数值;

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