橢圓射流摻混特性研究及應(yīng)用.pdf

1、最近十幾年，鴨嘴形狀的彈性橡膠止回閥(簡(jiǎn)稱鴨嘴閥)已經(jīng)被廣泛地安裝到各類海洋污水排放擴(kuò)散器上，由于其開口面積(形狀近似為橢圓)與排放流量之間存在非線性關(guān)系，使得該類擴(kuò)散器的稀釋度預(yù)報(bào)成為新的射流研究課題，涉及鴨嘴閥稀釋效果的預(yù)報(bào)和評(píng)價(jià)，橢圓射流近似鴨嘴閥射流，橢圓射流本身的摻混稀釋特性，以及橢圓射流和鴨嘴閥射流歸類到圓孔浮射流預(yù)測(cè)模型中的各種問(wèn)題。本文以橢圓射流為研究對(duì)象，圍繞上述問(wèn)題展開研究，該項(xiàng)研究不僅具有實(shí)際的工程應(yīng)用價(jià)值，也拓展

2、了人們對(duì)射流問(wèn)題的認(rèn)識(shí)，尤其是以橢圓射流為代表的非圓射流中的相干結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)，豐富了射流理論和內(nèi)容。 本文首次研究了同向流動(dòng)(coflowing)環(huán)境中具有不同射流比(VelocityRatio-VR)和噴口高寬比(aspectratio-AR)的橢圓噴口射流，對(duì)比了橢圓射流與傳統(tǒng)圓射流的摻混特性。采用激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)(LaserInducedFluorescence-LIF)首先對(duì)同向流動(dòng)環(huán)境中的圓射流特性做了系統(tǒng)可靠性的驗(yàn)證實(shí)

3、驗(yàn)，然后對(duì)同向流動(dòng)環(huán)境中的橢圓射流標(biāo)量物質(zhì)濃度場(chǎng)進(jìn)行了可視化和定量化，進(jìn)而系統(tǒng)研究了橢圓射流的中心線稀釋度，射流擴(kuò)展寬度，下游不同斷面上的時(shí)均濃度分布和紊動(dòng)統(tǒng)計(jì)量分布。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究和理論分析，提出了同向流動(dòng)環(huán)境中橢圓射流稀釋度預(yù)報(bào)方法，在此基礎(chǔ)上首次給出了將橢圓射流預(yù)報(bào)方法歸類到圓射流模型中的途徑。 數(shù)值模擬方面，以FLUENT商用代碼為平臺(tái)，通過(guò)對(duì)比各類紊流模型的特性，結(jié)合可獲得的計(jì)算資源，以“可實(shí)現(xiàn)”k-ε紊流模型為基礎(chǔ)，建

4、立了同向流動(dòng)環(huán)境中的橢圓射流數(shù)學(xué)模型，獲得完整的射流速度場(chǎng)和射流濃度場(chǎng)，計(jì)算出的射流特性得到物理實(shí)驗(yàn)的有力支持。首次通過(guò)渦量場(chǎng)的定量分析，闡明了橢圓射流中所存在的典型三維流動(dòng)特征“軸變換”現(xiàn)象的物理發(fā)生機(jī)理。 工程應(yīng)用部分，采用激光多普勒流速儀(LaserDopplerAnemometer，LDV)量測(cè)了同向流動(dòng)環(huán)境中不同射流比下的鴨嘴閥射流速度場(chǎng)，結(jié)合鴨嘴閥濃度場(chǎng)特性，與橢圓射流對(duì)應(yīng)特性做出比較，證明了橢圓射流近似鴨嘴閥射流的