两相流射流过程的数值模拟研究

论文摘要

随着科学技术的发展,两相流流动体系在国民经济和人类生活中的地位日益重要。特别在两相流射流方面的研究也越来越受到了人们的重视。在研究两相流射流的过程中,人们对液固两相流射流和气固两相流射流在研究方面取得了一定的成果,并且这两种射流过程被人们运用到在实际生产过程中。在研究高压磨料水射流的过程中,利用计算流体力学方法对高压磨料水射流过程进行了数值模拟。应用拉格朗日随机轨道模型对固体颗粒的运动轨迹进行数值模拟,采用标准k -ε湍流模型对连续相流动进行数值模拟,得到连续相速度场和压力场分布。结果表明,颗粒直径是射流过程主要影响因素,改变系统压力和喷射靶距,可以为高压磨料水射流过程的研究提供有意义的途径。在研究气固两相流射流的过程中,利用计算流体力学方法对气固两相流射流过程进行了数值模拟。采用欧拉两相流模型,运用标准k -ε的湍流模型对入口压强为2Mpa,入口温度300K的流场和压力场进行数值模拟。通过改变入口温度,计算了温度为500K、600K、700K、800K、900K、1000K六种情况,来分析入口温度对流场的影响。还对颗粒直径为0.01mm、0.03mm和0.3mm的速度场进行了数值模拟,分析了气体速度对颗粒的速度的影响的情况。对同一圆柱直径不同喷距下、同一喷距不同圆柱直径和圆柱旋转的情况下进行了模拟。结果表明,数值模拟符合实际情况,可以为气固两相流射流过程的研究提供有意义的途径。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 两相流的简介
• 1.2.1 两相流的定义
• 1.2.2 两相流的分类
• 1.3 高压水射流与高压磨料水射流的简介
• 1.3.1 射流技术的定义及分类
• 1.3.2 高压水射流技术的定义及分类
• 1.3.3 高压磨料水射流的定义及分类
• 1.4 气固两相流的简介
• 1.5 国内外研究历史及现状
• 1.5.1 国内外磨料水射流研究历史及现状
• 1.5.2 国内外气固两相流射流研究历史及现状
• 1.6 论文的主要研究内容
• 第二章 两相流射流过程的理论基础
• 2.1 基本控制方程
• 2.1.1 连续性方程
• 2.1.2 动量方程
• 2.1.3 能量方程
• 2.1.4 组分质量守恒方程
• 2.1.5 状态方程
• 2.2 颗粒运动方程
• 2.3 两相流的基本模型
• 2.3.1 离散相模型（Discrete Phase Model）
• 2.3.2 VOF 模型（Volume of Fluid Model）
• 2.3.3 混合模型（Mixture Model）
• 2.3.4 欧拉模型（Eulerian Model）
• 2.4 CFD 的求解过程
• 2.5 有限体积法和 SIMPLE 算法简介
• 2.5.1 有限体积法简介
• 2.5.2 SIMPLE 算法简介
• 2.6 标准 k - ε 湍流模型
• 2.7 CFD 软件介绍
• 第三章 液固两相流射流过程的数值模拟
• 3.1 数值模拟方法简介
• 3.1.1 数值模拟的概念
• 3.1.2 数值模拟的过程的步骤
• 3.1.3 数值模拟的优点
• 3.1.4 数值模拟的局限性
• 3.2 模型的建立与计算
• 3.2.1 网格划分与条件设置
• 3.3 数值模拟结果
• 3.4 本章小结
• 第四章 气固两相流射流过程的数值模拟
• 4.1 喷管内部流场模型的建立
• 4.1.1 网格的划分
• 4.1.2 数值方法描述
• 4.2 喷管内部数值模拟结果与分析
• 4.3 气固两相流射流过程打到圆柱体过程的模拟分析
• 4.3.1 模型的建立与计算
• 4.3.2 边界条件
• 4.3.3 模拟结果与分析
• 4.4 本章小结
• 结论与展望
• 1 结论
• 2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录