烟气水雾两相流研究

论文摘要

为了解决舰船烟气实际排放过程中的高温热辐射问题,降低舰船被红外追踪的几率,向尾气喷水降温处理是一种有效的方法。为了弄清冷却水各参数对尾气中汽化过程的影响,本文分别对高温烟气中单个水滴颗粒及进入流场的初始位置为均匀分布的多水雾颗粒的相变流动过程进行数值计算和分析。本文中喷水量占总流量质量百分数小于10%,故采用两相流体计算中的欧拉—拉格朗日方法。流体(烟气)看作连续介质,使用欧拉方法研究流体相的运动;同时,将水滴颗粒视为离散相,使用拉格朗日方法研究颗粒的运动轨迹。颗粒相与气相的耦合通过气相控制方程中的质量源项、组分流源项、动量源项和能量源项实现。经过计算,得出不同的烟气参数(烟气温度及烟气速度)及不同的水雾参数(水雾初始速、温度、水滴颗粒直径及喷水量)对水雾汽化过程的影响:烟气速度对汽化时间的影响较小,可以忽略;入口烟气初始温度越高,水滴汽化时间越小,烟气温度增加100℃,汽化飞行时间降幅可高达4倍;喷水量对汽化高度有一定影响,喷水量小于5%时汽化时间曲线变化相对缓慢,而喷水量大于5%时汽化时间曲线则变化剧烈;水滴颗粒直径大对汽化时间影响非常大,颗粒直径增加1倍,水滴颗粒汽化时间在4倍以上;水滴初始温度对汽化时间影响总的来说不大,可以忽略;水滴初始速度对汽化过程影响很小,基本可以忽略。本文的研究结果对进一步的数值计算研究具有重要意义,并且为试验研究工作奠定了理论基础。下一步应当重点开展喷嘴喷射水雾在高温烟气中相变流动过程的模拟计算。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 国内外研究概况
• 1.3 研究内容和主要工作
• 第2章 水雾降温热抑制技术概述
• 2.1 水雾降温热抑制技术的原理
• 2.2 水雾降温热抑制技术的应用前景
• 2.3 水雾降温热抑制技术需解决的难题
• 第3章 高温烟气中水滴颗粒相变流动过程的数学模型
• 3.1 离散相（水滴）控制方程
• 3.1.1 水滴颗粒与高温烟气的动量交换
• 3.1.2 水滴颗粒与高温烟气的热量交换
• 3.1.3 水滴颗粒与烟气的质量交换
• 3.2 连续相（烟气）控制方程
• 3.2.1 质量守恒方程
• 3.2.2 组分守恒方程
• 3.2.3 动量守恒方程（N-S方程）
• 3.2.4 能量守恒方程
• 3.2.5 湍流模型
• 3.3 颗粒相与气相的耦合
• 3.4 控制方程的离散和求解
• 第4章 水雾汽化过程数值分析
• 4.1 单颗粒相变流动过程研究
• 4.1.1 水滴颗粒直径对相变流动过程的影响
• 4.1.2 水滴初始温度对液滴汽化过程的影响
• 4.1.3 烟气速度和温度对水滴汽化过程的影响
• 4.2 均匀分布的水雾颗粒相变流动过程研究
• 4.2.1 研究的目的
• 4.2.2 各参数对水雾汽化飞行高度的影响程度
• 4.2.3 水雾初始速度对水雾汽化过程的影响
• 4.2.4 水颗粒直径对水雾汽化过程的影响
• 4.2.5 喷水量与入口烟气初始温度对水雾汽化过程的影响
• 4.2.6 水雾温度对水雾汽化过程的影响
• 4.2.7 烟气入口初始速度对水雾汽化过程的影响
• 第5章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 研究生履历