同流环境中多孔热水紊动浮射流特性数值模拟研究

论文摘要

各种热电、核电厂排出的热污（废）水在直接进入环境流体之前,以孔口浮射流的形式释放污水并确保污水在排污口快速混合非常重要。因此,精确的了解和预测浮射流的特性与混合状况有很重要的意义,而用数值模拟的方法来全面研究环境流体中射流的混合过程则是一个重要的技术手段。在回顾射流的理论,并对目前的各种紊流数值方法进行了讨论分析的基础上,本文有针对性的研究了在同向流动环境中使用多孔扩散器进行热废水排放的情况,对其近区的流场和温度场特性进行了数值模拟,分别利用FLUENT软件中的RNGκ-ε模型和雷诺应力RMS紊流模型,并用有限体积法和SIMPLE法进行模型方程的求解,得到了不同流速比和不同射流温度下的流场和温度场;浮射流的轨迹线;轴线上温度和速度的衰减规律;浮力对射流轨迹线的影响,并对多孔热水浮射流中对流态具有重要影响的流速比和孔间间距进行了探讨,分别计算了不同流速比情况下的不同孔间间距的流速分布和温度分布,得到了一些很有价值的射流规律和结论。本文利用多种数学模型对复杂的三维流场进行了数值模拟,为课题后期的实验研究提供了参考对照的依据,对研究各种热、核电厂热污（废）水排入环境水体有一定的实用价值,并能为冷却水工程提供理论分析依据。最后对所做的工作和成果进行了总结,指出了论文的不足,并对下一步的工作做出了展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 前言
• 1 绪论
• 1.1 研究工作的意义
• 1.2 射流的分类和特性
• 1.2.1 射流的分类
• 1.2.2 紊动射流的特性
• 1.3 射流的研究方法
• 1.3.1 量纲分析法
• 1.3.2 积分方程法
• 1.3.3 微分方程法
• 1.4 多孔射流国内外研究的发展
• 1.5 紊流的数值模拟方法
• 1.5.1 直接数值模拟（Direct Numerical Simulation，简称DNS）
• 1.5.2 大涡模拟（Large Eddy Simulation，简称LES）
• 1.5.3 Reynolds平均法（RANS）
• 1.6 研究内容及技术路线
• 2 数值模拟选用的软件介绍
• 2.1 计算流体力学概述
• 2.1.1 计算流体力学的概念
• 2.1.2 计算流体力学的工作步骤
• 2.1.3 计算流体力学的特点
• 2.1.4 算流体力学的分支
• 2.2 FLUENT软件的概述
• 2.2.1 FLUENT的工程应用背景
• 2.2.2 FLUENT软件的组成
• 3 热水紊动浮射流数学模型的建立
• 3.1 RNG k-ε模型的建立
• 3.1.1 RNG k-ε模型的相关计算公式
• 3.1.2 RNG k-ε模型的控制方程组
• 3.1.3 近壁条件的处理
• 3.2 雷诺应力模型的建立
• 3.2.1 雷诺应力模型的相关计算公式
• 3.2.2 通用控制方程
• 4 控制方程的离散及计算方法
• 4.1 概述
• 4.2 计算区域的离散化
• 4.3 控制方程的离散
• 4.3.1 离散化的目的
• 4.3.2 常用的离散化方法
• 4.4 通用方程的离散
• 4.4.1 一维方程的离散
• 4.4.2 二维方程的离散
• 4.4.3 三维方程的离散
• 4.5 方程的求解
• 4.5.1 流场的数值解法
• 4.5.2 速度修正方程
• 4.5.3 压力修正方程
• 4.5.4 边界条件
• 4.5.5 方程组的求解
• 4.5.6 数值计算的步骤
• 4.5.7 收敛措施与收敛条件
• 5 数值计算结果的分析
• 5.1 单孔热水浮射流RNGk-ε模型模拟
• 5.1.1 计算工况及边界条件的设定
• 5.1.2 计算结果分析
• 5.2 三孔热水浮射流RNGk-ε模型数值模拟
• 5.2.1 计算工况及边界条件的设定
• 5.2.2 射流对称面上的模拟结果分析
• 5.2.3 系统中心面上的模拟结果分析
• 5.2.4 孔间距对流速分布的影响
• 5.3 三孔热水浮射流RMS模型数值模拟结果分析
• 6 总结与展望
• 6.1 研究内容总结
• 6.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录