液氣兩相同軸受限射流的研究.pdf

1、氣泡發(fā)生器廣泛應用于化工、礦業(yè)及核工業(yè)等領域中，氣泡發(fā)生器的結構尺寸對它的性能影響很大，合理的結構對提高氣泡發(fā)生器的工作效率具有重要意義。本文的目的是通過數(shù)值模擬和實驗測量，探索氣泡發(fā)生器內部流場的規(guī)律，從而為設計結構合理的氣泡發(fā)生器提供科學的依據(jù)。 本文分析了氣泡發(fā)生器內部流場，將氣泡發(fā)生器內部流場簡化為液氣兩相同軸受限射流模型，用數(shù)值模擬和實驗研究了氣泡發(fā)生器內部的流場，并根據(jù)研究結果提出了氣泡發(fā)生器的優(yōu)化設計方案，為進一步

2、研究改進氣泡發(fā)生器，設計高效率的氣泡發(fā)生器打下基礎。本文所做的主要工作如下： 一.氣泡發(fā)生器設計中流動參數(shù)和結構參數(shù)的匹配是關鍵的因素，直接影響氣泡發(fā)生器使用效果。針對現(xiàn)有的氣泡發(fā)生器缺乏流體力學機理研究，缺乏流動參數(shù)和結構參數(shù)合理匹配的現(xiàn)狀，根據(jù)射流泵原理，設計并制造了氣泡發(fā)生器的實驗裝置，并同時搭建了用于測量氣泡發(fā)生器內部流場的3分量激光多普勒測速實驗裝置。 二.建立了用于數(shù)值模擬氣泡發(fā)生器內部流場數(shù)的數(shù)學模型，數(shù)值

3、模擬了氣泡發(fā)生器單相引射的同軸受限射流流場。模擬結果顯示喉管段入口較紊亂，沿流向喉管段后部運動平穩(wěn)，湍動能和湍流強度在噴嘴入口、吸入口、混合室及喉管入口處較大；大的吸入口直徑有利于提高吸氣效率；過大或過小的喉管直徑都不利于摻混產泡的進行；喉管長度不宜過長，以兩相湍流為充分發(fā)展時的長度為宜。 三.數(shù)值模擬了氣泡發(fā)生器中液體引射氣體的兩相同軸受限射流流場，使用VOF方法建立了氣泡發(fā)生器內部流場的數(shù)學模型，并用標準的兩相κ-ε湍流模型

4、模擬了氣泡發(fā)生器兩相流場。數(shù)值模擬結果表明，兩相同軸受限射流比單相同軸受限射流更加復雜，流場運動的紊亂程度更高，在混合室內產生角區(qū)分離，喉管段內伴隨著強烈的渦旋流動，擴散段還有迥流和湍塞現(xiàn)象，通過吸入口的流體質點運動軌跡比單相引射時扭曲，說明兩相引射比單相引射具有更復雜的運動規(guī)律。 四.利用激光多普勒測速技術測量了氣泡發(fā)生器內部平均流場。實驗結果表明，過低的噴嘴射流出口速度不利于流體在喉管內的卷吸和摻混作用；低的噴嘴射流出口速度

5、會導致喉管內流動的分層，并在沿流動方向橫斷面的上部分區(qū)域形成相對高速的氣體流動區(qū)域，并在此區(qū)域形成渦旋流動，而在橫斷面的下部分形成低速的液相運動；高的噴嘴射流出口速度使得喉管內的紊亂摻混作用強烈和均勻。實驗結果還表明，數(shù)值模擬結果與實驗結果有很好的吻合性。利用子波能譜分析的能量最大準則，提出了子波分析自動辨識液氣兩相流中液、氣兩相的方法。 五.提出了改進方案，通過模型結構對湍流流場的影響的分析，以及混合室內分離現(xiàn)象的研究，綜合考

6、慮各種影響，得出對原有物理模型φd=40mm、φD=40mm及L=600mm進行改進。改進后模型結構為φd=40mm、φD=40mm及L=500mm，即減小原模型的喉管長度。同時改變混合室結構形狀，混合室取消角區(qū)，將混合室的形狀從橫臥的圓柱體改為上下對稱流線旋轉體形狀，并適當延長混合室軸(流)向長度，將吸入口從豎直方向改為向后傾斜方向，盡量消除角區(qū)的分離渦及其對引射進口吸入流體效率的影響，這樣的修改有利于增加吸入流量、節(jié)省吸入動能，從而