波紋填料表面薄膜流體的數(shù)值及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、在化工生產(chǎn)過程中，氣液兩相間接觸面積的大小和液相湍動程度是影響傳熱傳質(zhì)效率的重要因素。薄膜流體因其高傳熱傳質(zhì)系數(shù)及動力消耗小等特點(diǎn)而備受青睞。填料表面波紋結(jié)構(gòu)能引起薄膜流動特性的改變，從而提高薄膜流體的傳熱傳質(zhì)效率。本文簡化填料結(jié)構(gòu)，以不同形狀的波紋板為研究對象，探究波紋板表面薄膜流體流動特征，結(jié)合數(shù)值計(jì)算和實(shí)驗(yàn)方法，開展了如下工作:
　　(1)探究了重力驅(qū)動下薄膜流體沿傾斜波紋壁面下落的流動現(xiàn)象。使用開源計(jì)算流體力學(xué)軟件Open

2、FOAM進(jìn)行薄膜流動模擬，選擇基于VOF法的interFoam求解器進(jìn)行計(jì)算。將得到的模擬結(jié)果與文獻(xiàn)中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比，驗(yàn)證模型的正確性和可靠性。
　　(2)探究了三種常見波紋板結(jié)構(gòu)—三角形、正弦形和矩形波紋板表面薄膜流動，進(jìn)行數(shù)值模擬分析。對流動過程中薄膜波動振幅、表面輪廓、法向速度分布等重要參數(shù)進(jìn)行對比，得出如下結(jié)論:三種波紋結(jié)構(gòu)在相同條件情況下，三角形的波紋結(jié)構(gòu)更有利于傳熱傳質(zhì)。
　　(3)設(shè)計(jì)并搭建了用于薄膜流體流

3、動顯示的試驗(yàn)系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)以甘油和水的混合溶液為研究對象，測量了不同雷諾數(shù)時三種波紋結(jié)構(gòu)表面薄膜流體流動狀態(tài)。薄膜流體自由表面輪廓和流線圖與仿真結(jié)果進(jìn)行了對比，進(jìn)一步驗(yàn)證了模型的正確性和實(shí)驗(yàn)裝置的合理性。
　　(4)研究了液體表面張力、液相粘度和波紋板傾斜角度對三角形波紋板表面薄膜流動的影響。發(fā)現(xiàn)表面張力存在與否可以引起整個流場的改變，所以在仿真計(jì)算過程中不能忽略表面張力動量源項(xiàng)，但在一定范圍內(nèi)表面張力大小對流場的影響不明顯。液相粘度

4、較小時薄膜厚度較薄，波動較為劇烈;液相粘度較大時薄膜厚度較厚，波動比較平緩。波紋板傾斜角度對薄膜流動有一定的影響，在不同的傾斜角度范圍內(nèi)，將改變薄膜流動發(fā)生共振時自由表面長度。
　　(5)研究了三角形、矩形波紋板幾何結(jié)構(gòu)尺寸改變和矩形波紋板倒角形狀存在與否對薄膜流動的影響。雷諾數(shù)相同時，三角形波紋板和矩形波紋板的ξ值（高度與波長之比）越小薄膜波動越明顯。對于矩形波紋板結(jié)構(gòu)來說，有倒角存在的情況下矩形波紋板薄膜波動更明顯。