油雾凝聚机理的模拟及实验研究

论文摘要

本课题对油雾凝聚机理的研究是通过凝缩嘴的凝聚效果来体现的,主要进行了理论分析、FLUENT数值模拟、实验研究等方面的探索。本文首先通过对油雾颗粒碰壁运动理论和油雾颗粒之间碰撞凝聚理论进行分析,得出影响油雾颗粒凝聚的重要标准是颗粒的韦伯数,从韦伯数的定义可知油雾颗粒的运动速度是影响韦伯数大小的一个重要参数。然后通过FLUENT软件进行仿真模拟油雾颗粒在不同结构凝缩嘴内的运动变化情况；并设计搭建试验台,通过正交实验找出影响凝缩嘴凝聚效果的三个因素的主次顺序。通过以上工作主要得出如下结论：(1)通过对三种不同结构的凝缩嘴进行FLUENT数值模拟,由模拟的粒径变化图可知,阶梯型凝缩嘴的凝聚效果最好,其次是直角型凝缩嘴,普通型凝缩嘴的凝聚效果要最差；对比粒径变化图,速度场图和压力场图可知,当凝缩嘴内的孔径由大突然收缩变小时,其压力会急剧减小,油雾颗粒速度增大,而此时油雾粒径也会迅速变大,说明油雾颗粒粒径的变化受油雾颗粒速度的影响比较大。(2)通过对三组正交实验的数据进行分析处理,实验结果表明,随着油雾压力的增大,凝缩嘴的整体凝缩率是在不断下降的；孔径因素是影响凝缩嘴凝缩率的最主要因素,孔长因素随着油雾压力的增大其影响作用越来越小,材料因素是最次要因素；当油雾压力为10KPa时,凝缩嘴的整体凝缩率最高,且此时三因素的极差值有一个较好的梯度,便于区分主次因素,有利于选择不同类型的凝缩嘴。因此在实际应用中为了获得较好的凝缩效果,应使凝缩嘴入口处的油雾压力保持在10KPa左右较好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的相关背景及来源
• 1.2 课题研究的目的和意义
• 1.3 课题研究的方法
• 1.4 本课题的主要工作
• 第2章 油雾凝聚机理的理论研究
• 2.1 油雾颗粒的受力分析
• 2.1.1 范德华力
• 2.1.2 静电力
• 2.1.3 液桥力
• 2.2 油雾颗粒的碰壁运动理论
• 2.2.1 液滴碰壁的过程
• 2.2.2 液滴碰壁模型的研究发展
• 2.2.3 两个典型的液滴碰壁模型
• 2.2.4 油雾颗粒碰壁的分析
• 2.3 O'Rourke碰撞凝聚理论
• 2.3.1 O'Rourke碰撞凝聚模型
• 2.3.2 O'Rourke碰撞模型的改进
• 2.4 小结
• 第3章 基于FLUENT的凝缩嘴凝聚性能模拟
• 3.1 FLUENT软件简介
• 3.1.1 FLUENT软件结构
• 3.1.2 FLUENT可求解的问题
• 3.1.3 FLUENT的求解步骤
• 3.1.4 FLUENT的特点
• 3.2 数值模拟的模型选择及耦合计算
• 3.2.1 湍流模型
• 3.2.2 颗粒的轨道模型
• 3.2.3 射流源模型
• 3.2.4 碰撞凝聚模型
• 3.2.5 破碎模型
• 3.2.6 耦合计算
• 3.3 Gambit建模
• 3.4 数值模拟结果
• 3.4.1 油雾压力为10kPa时的模拟结果
• 3.4.2 油雾压力为20kPa时的模拟结果
• 3.4.3 油雾压力为30kPa时的模拟结果
• 3.5 数值模拟结果分析
• 第4章 凝缩嘴凝聚性能的实验研究
• 4.1 实验目的
• 4.2 实验原理
• 4.3 实验器材
• 4.4 实验步骤
• 4.5 实验注意事项
• 4.6 正交实验的数据分析
• 4.6.1 油雾压力为10kPa时的正交实验
• 4.6.2 油雾压力为20kPa时的正交实验
• 4.6.3 油雾压力为30kPa时的正交实验
• 4.7 正交实验结论
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文