论文题目: 连续—脉冲射流理论研究及其在原油底泥处理中的应用
论文类型: 博士论文
论文专业: 化工过程机械
作者: 焦磊
导师: 王乐勤
关键词: 连续射流,自激脉冲射流,冲击射流,边界层,空化模型,气液两相流,油泥清理
文献来源: 浙江大学
发表年度: 2005
论文摘要: 本文以用于原油底泥清理的连续射流和脉冲射流为研究对象,围绕射流清洗过程中的冲击射流流动及自激脉冲射流在发生装置内的湍流流动,对自激脉冲射流的发生机理及射流冲击靶物的流动特性进行理论分析和试验研究。 通过对冲击射流内各区域流动特性的分析,给出了圆形冲击射流冲击区的范围,从喷嘴出口条件入手,导出了壁面射流区中壁面切应力和径向速度的沿程分布关系式,该式反应了壁面射流场对初始条件的依赖。 推导了轴对称坐标下冲击射流势流区域的湍流时均方程,考虑冲击区流线强曲率变化的影响,对湍动能和能量耗散率方程进行修正,给出了改进的湍流模型,并将其应用于冲击射流的数值计算,得到与试验相一致的结果。根据计算结果探讨了冲击高度和喷嘴出口雷诺数对冲击射流中环形回流区的影响,得到了环形回流中心随冲击高度和喷嘴出口雷诺数的变化规律。 通过对冲击射流湍流边界层的研究,给出了边界层的动量方程和能量方程,分析了边界层厚度的特点,应用轴对称坐标系,提出了边界层方程的求解方法。 利用双流体模型推导了非定常空化模型的控制方程,讨论了方程离散化、坐标变换、液汽两相流SIMPLE解法等问题,论述了利用气体密度分数进行相间压力分摊的必要性,并结合改进的空化模型对典型工况的自激脉冲射流进行数值模拟,揭示了自激脉冲射流发生机理。 通过自激脉冲射流和连续射流的喷射性能试验,分析了脉冲射流打击力的脉动特性,推导了最大打击力的经验计算式,总结了打击力水平较高的自激喷嘴结构及运行参数的优化配比范围。 通过连续射流和自激脉冲射流打击油泥的试验,测得了油泥样本屈服时的最小打击力,并以此作为依据推导了连续射流射程的计算式。
论文目录:
摘要
ABSTRACT
主要符号表
第一章 绪论
1．1 本论文的工程应用背景
1．1．1 实现大型油罐自动化清洗的必要性与紧迫性
1．1．2 冲击射流的其他工程应用及研究意义
1．2 与本文相关的国内外研究进展
1．2．1 大型工业油罐清洗技术国内外发展情况
1．2．2 射流喷嘴设计理论研究现状
1．2．3 脉冲射流发生装置及机理研究概述
1．2．4 冲击射流的基本特性及最新研究情况
1．2．5 多相湍流数值模型研究综述及其在冲击射流中的应用
1．3 本文研究目标主要研究内容
1．3．1 研究目标
1．3．2 主要研究内容
第二章 冲击射流基本特性及影响因素分析
2．1 冲击射流的基本特征
2．2 冲击射流的速度剖面及影响因素
2．2．1 自由射流区——冲击区
2．2．2 冲击区——壁面射流区
2．3 冲击射流的压力分布及影响因素
2．3．1 冲击区
2．3．2 冲击区——壁面射流区
2．4 小结
第三章 冲击射流势流区域非定常流动特性分析
3．1 冲击射流非定常流动的流场描述
3．2 冲击射流中势流区域的基本方程
3．3 冲击射流势流区域的湍流标准Κ-ε模型
3．3．1 湍流脉动量湍动能方程
3．3．2 湍流标准Κ-ε二方程模型
3．3．3 标准Κ-ε模型应用于冲击射流湍动流场计算的适定性分析
3．4 冲击射流势流区域湍流Κ-ε模型的修正
3．4．1 对脉动量的雷诺应力方程的分析
3．4．2 各向异性湍流Κ-ε修正模型
3．5 小结
第四章 轴对称坐标下多相流控制方程及数值方法
4．1 两相湍流流动的基本方程
4．1．1 连续相湍流流动的基本方程
4．1．2 通用双流体模型控制方程及其简化
4．1．3 液气双流体模型基本假定
4．1．4 气液双流体模型的几个问题
4．2 双流体模型的数值计算方法
4．2．1 混合有限分析法(HFAM)
4．2．2 液气两相流的SIMPLE算法
4．3 小结
第五章 冲击射流壁面边界层的分析
5．1 冲击壁面边界层
5．2 轴对称驻点附近的粘性流动
5．3 轴对称坐标系下的边界层流动方程
5．4 壁面射流边界层厚度
5．4．1 壁面射流边界层位移厚度
5．4．2 壁面边界层动量损失厚度
5．4．3 壁面边界层能量损失厚度
5．5 轴对称柱面坐标系下流动方程的求解
5．6 壁面边界层速度剖面的数值解法
5．7 小结
第六章 两种型式喷嘴喷射性能试验研究
6．1 试验目的
6．2 试验装置及测试系统
6．2．1 循环泵
6．2．2 自激脉冲喷嘴
6．2．3 试验台架
6．2．4 测量仪表和数据采集
6．3 试验内容及方法
6．4 试验分析及结论
6．4．1 自激脉冲射流振荡效果
6．4．2 射流的打击力分析
6．4．3 自激脉冲影响因素
6．4．4 自激喷嘴能耗分析
6．5 小结
第七章 两种型式射流打击油泥的试验研究
7．1 试验目的和内容
7．2 样本油泥的基本特性
7．3 主要试验设备及测试系统
7．3．1 主要测试装置
7．3．2 测试系统
7．3．3 数据采集系统
7．4 喷嘴稳态喷液性能曲线
7．4．1 连续射流喷嘴喷液性能比较
7．4．2 自激脉冲射流喷嘴喷液性能
7．5 打击油泥试验结果
7．5．1 打击时间对冲坑范围的影响
7．5．2 不同口径连续射流喷嘴冲坑范围比
7．5．3 脉冲射流与连续射流冲坑范围比较
7．6 小结
第八章 冲击射流场数值解析及影响因素分析
8．1 轴对称冲击射流湍流控制方程
8．2 冲击射流流动的湍流模型
8．3 冲击射流湍流流场的数值求解
8．3．1 计算物理模型及主要参数
8．3．2 边界条件
8．3．3 数值计算方法及计算网络
8．4 计算结果及讨论
8．4．1 冲击高度对环形回流区的影响
8．4．2 喷嘴出口雷诺数对环形回流区的影响
8．4．3 冲击高度对近壁径向速度分布的影响
8．5 小结
第九章 自激脉冲喷嘴内部气液两相流数值模拟
9．1 自激脉冲射流工作原理及应用
9．2 自激脉冲射流发生机理的两种解释
9．3 二维非定常空化模型及改进
9．4 计算方法
9．5 典型工况数值模拟结果
9．5．1 腔内压力场分析
9．5．2 空化汽囊变化规律
9．5．3 腔内速度矢量变化规律
9．6 自激脉冲发生机理小结
9．7 小结
第十章 总结与展望
10．1 全文总结
10．2 本论文的创新点
10．3 研究方向与展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间发表的论文、参加项目及获奖情况
独创性声明
关于论文使用授权的说明
发布时间: 2006-05-10
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