同流中多孔热水浮射流近区的数值模拟

论文摘要

浮射流是自然界的一种常见流动,其广泛地存在于各行各业,许多工程技术领域都需要用到浮射流理论和浮射流技术,因此对浮射流的研究不仅具有重要的学术意义,而且对工程实践也具有重要的指导意义。对于单孔射流的研究和静止环境中射流的研究,前人已经做了大量的工作,但对于动水环境中的多孔浮射流的研究还不多,因此本文将采用数值模拟的方法对同流环境中多孔热水浮射流进行研究,采用FLUENT软件中的Reyonlds应力模型并结合SIMPLE算法进行计算,探讨不同工况下各特征物理量的混合特性及运动变化规律。本文首先回顾了射流的基本理论,分析了射流的研究现状,对国内外专家和学者对单孔射流和多孔射流的研究做了简单概括。然后扼要介绍了紊流数学模型,阐述了紊流模型的基本假定和基本方程,概括了紊流数学模型的分类,并对各种紊流数学模型进行了比较,分析了其各自的优缺点。随之介绍了紊流数值模拟方法,对数值离散方法和离散格式做了概述,介绍了一维、二维和三维控制方程的离散过程和SIMPLE算法,并对本文所要用到的三种软件进行了简单介绍。在数值模拟的计算中,首先对同流中不同射流孔数时的热水浮射流进行了数值模拟,给出了不同孔数时不同位置处的压强场、速度场和温度场,得出了多孔射流与单孔射流的主要不同之处在于多孔射流之间存在吸附效应,孔数越多,在距孔口同一位置处各物理量的数值越大。接下来,以三孔射流为例分析了不同孔间距时各物理量的混合特性,得出孔间距越大,混合点距孔口的距离越远,吸附效应越不明显,在距孔口同一位置处各物理量的数值也越小。然后计算了不同射流温度时的流场和温度场,得出射流温度越大,浮力的作用越大,在距孔口相同距离处的温度越高。最后,数值模拟了不同流速比时同流中的多孔热水浮射流,得出流速比越大,浮力的作用越不明显,等值流速线所包围的面积就越大,高温区影响的范围也越大,并给出了射流的轨迹线。最后,对本文做的工作和成果进行了总结,指出了论文的不足,对下一步的工作进行了展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 水体的热污染
• 1.3 射流的基本理论
• 1.3.1 射流理论简介
• 1.3.2 射流的类型
• 1.3.3 紊动射流的特性
• 1.4 射流研究方法
• 1.5 射流的研究现状
• 1.5.1 单孔射流的研究
• 1.5.2 多孔射流的研究
• 1.6 本文的研究内容
• 2 紊流数学模型
• 2.1 紊流基本理论
• 2.1.1 紊流模型的基本假定
• 2.1.2 紊流的基本方程
• 2.1.3 紊流数值模拟方法分类
• 2.2 涡粘模型
• 2.2.1 祸粘性模型基本概念
• 2.2.2 零方程模型
• 2.2.3 一方程模型
• 2.2.4 两方程模型
• 2.3 Reynolds应力模型
• 2.3.1 Reynolds应力方程模型（RSM）
• 2.3.2 代数应力方程模型（ASM）
• 2.4 近壁紊流模型
• 2.5 常用紊流模型的简单讨论
• 3 紊流数值模拟方法
• 3.1 离散化方法及原则
• 3.1.1 常用的离散化方法
• 3.1.2 有限体积法的基本原则
• 3.2 数学模型的离散格式
• 3.2.1 常用的离散格式
• 3.2.2 空间离散的高阶离散格式
• 3.3 控制方程的离散
• 3.3.1 一维问题的离散方程
• 3.3.2 二维问题的离散方程
• 3.3.3 三维问题的离散方程
• 3.3.4 离散方程的通用表达式
• 3.3.5 流场计算的压力—速度耦合法
• 3.4 流场数值计算的主要方法
• 3.5 边界条件
• 3.5.1 紊流的边界
• 3.5.2 边界条件的给法
• 3.6 射流数值模拟软件简介
• 3.6.1 GAMBIT软件简介
• 3.6.2 FLUENT软件简介
• 3.6.3 TECPLOT软件简介
• 4 同流环境中多孔射流数值模拟
• 4.1 射流计算网格及边界条件
• 4.1.1 计算网格
• 4.1.2 计算边界条件
• 4.1.3 计算工况
• 4.2 不同孔数的数值计算
• 4.2.1 压强场分析
• 4.2.2 流场分析
• 4.2.3 温度场分析
• 4.3 不同孔间距的数值计算
• 4.3.1 压强场分析
• 4.3.2 流场分析
• 4.3.3 温度场分析
• 4.4 不同射流温度的数值计算
• 4.4.1 流场分析
• 4.4.2 温度场分析
• 4.5 不同流速比的数值计算
• 4.5.1 压强场分析
• 4.5.2 流场分析
• 4.5.3 温度场分析
• 4.6 小结
• 5 结论与建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录