蒙特卡罗法对射流泵内部流场的数值模拟

论文题目: 蒙特卡罗法对射流泵内部流场的数值模拟

论文类型: 博士论文

论文专业: 流体机械及工程

作者: 李同卓

导师: 陆宏圻

关键词: 射流泵,蒙特卡罗,转移概率,随机游动,内部流场,气液两相,气泡运动

文献来源: 武汉大学

发表年度: 2005

论文摘要: 射流泵是以液体射流作为工作介质,通过流体质点或微团的紊动扩散作用,把能量传给被抽流体的一种流体机械及混合反应设备。它被广泛应用于国民经济各部门,并逐步发展成为一门新的学科“喷射技术”。虽然射流泵结构比较简单,但是理论却是非常复杂。随着电子计算机技术的发展,数值计算已经成为研究射流泵内部流场的有效手段之一。用蒙特卡罗法研究射流泵流场,目前在国内外文献很少报导,因此本文所做的工作为射流泵的研究,开辟了一个新的方向。主要的内容如下: 首先,阐述了射流泵的工作原理、发展概况;接着对计算流体力学中常用的计算方法进行了评述;然后,介绍了蒙特卡罗法的研究概况及其对本课题的意义。其次,对蒙特卡罗方法的基本思想、特点和原理作了详细的阐述,再次证明了蒙特卡罗方法如何解决一般的二维抛物型偏微分方程,以及蒙特卡罗法如何在计算机上实现。第三,总结了在直角坐标系和轴对称柱坐标系下,流体的连续性方程和动量方程的几种特殊形式。并且是从剪切紊流特征出发,根据紊流理论分析和实际观测资料,得到紊动扩散系数表达式。第四,首次在二维直角坐标系下,对恒定流体的连续性方程和动量方程(其中包括无压力项的齐次方程和有压力项的非齐次方程)进行了单相射流泵(平面问题)内部流场的数值计算,主要是给出具体的随机游动模型。对于非齐次方程采用了压力耦合和动量方程联立求解的方法,算出的结果和解齐次方程在同样的初值和边界条件下,相差不大。还分析了随机游动的次数和所用计算机机时之间的关系图;随机游动次数和误差之间的关系;迭代次数和误差之间的关系。第五,首次在二维轴对称柱坐标系下,对恒定流体的连续性方程和动量方程(其中包括无压力项的齐次方程和有压力项的非齐次方程)进行了单相射流泵(轴对称问题)内部流场的数值计算,主要是给出具体的随机游动模型。对于非齐次方程采用了压力耦合和动量方程联立求解的方法,算出的结果和解齐次方程在同样的初值和边界条件下,相差不大。并且和激光流速仪实测的速度数据进行了验证,两者基本吻合。

论文目录:

郑重声明

摘要

ABSTRACT

1 概述

1.1 射流泵的工作原理及研究历史

1.2 各种数值模拟方法的综述

1.3 蒙特卡罗法的研究历史

1.4 本课题研究的意义和主要做的工作

2 计算流体力学的蒙特卡罗方法

2.1 随机游动方法的原理

2.2 蒙特卡罗方法的思想及特点

2.3 一般抛物型方程的蒙特卡罗解法及其证明

2.4 蒙特卡罗解法的计算机实现

2.5 本章小结

3 连续性与动量方程的几种特殊形式及液体紊动扩散系数研究

3.1 在直角坐标系下的方程形式

3.2 在柱坐标系下的方程形式

3.3 液体紊动扩散系数的研究

3.4 本章小结

4 二维直角坐标系下齐次对流扩散方程规则和不规则区域蒙特卡罗解法

4.1 齐次方程一般形式的随机数值模型

4.2 流场计算步骤

4.3 具体射流算例

4.4 本章小结

5 二维直角坐标系下非齐次对流扩散方程规则和不规则区域的蒙特卡罗解法

5.1 非交错网格上压力泊松方程的随机数值模型

5.2 流场计算步骤

5.3 具体射流算例

5.4 本章小结

6 二维轴对称坐标下齐次对流扩散方程规则和不规则区域的蒙特卡罗解法

6.1 齐次方程一般形式的随机数值模型

6.2 实验用射流泵及实验数据

6.3 具体射流算例

6.4 本章小结

7 二维轴对称坐标下非齐次对流扩散方程规则和不规则区域的蒙特卡罗解法

7.1 非交错网格上压力泊松方程的随机数值模型

7.2 具体流场计算步骤

7.3 具体射流算例

7.4 本章小结

8 液气射流泵内部流态及基本理论方程

8.1 液气射流泵内部流态

8.2 液气射流泵的基本理论方程

8.3 本章小结

9 气泡在流场中的随机运动分析

9.1 两相与多相流的定义与分类

9.2 两相流动力学的发展简史

9.3 多相流体理论研究方法

9.4 液滴及气泡的当量直径及数量

9.5 气泡在流场随机运动原理分析

9.6 气泡在液气射流泵随机运动概率分析图

9.7 本章小结

10 结论与展望

参考文献

致谢

作者攻博期间发表的论文

发布时间: 2006-03-27

参考文献

[1].环形射流泵内部流动机理及结构优化研究[D]. 杨雪龙.武汉大学2014

蒙特卡罗法对射流泵内部流场的数值模拟

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