论文题目: 自激振荡脉冲射流装置性能影响因素数值分析及喷嘴结构优化设计
论文类型: 博士论文
论文专业: 化工过程机械
作者: 王循明
导师: 王乐勤
关键词: 自激喷嘴,优化设计,频率特性,空化模型,液汽两相流,低压大流量,油泥清洗
文献来源: 浙江大学
发表年度: 2005
论文摘要: 本论文课题来源于浙江省自然科学基金重大资助项目——大型工业油罐罐底油泥清洗及油泥无害化、资源化处理(项目编号:ZE0208)。项目的主要内容分为两部分:研制自激振荡脉冲清洗装置用于大型工业油罐罐底油泥的清洗;油泥的无害化、资源化处理。本论文隶属于第一方面的内容。 本课题组前期根据实际的工程需要,首次将脉冲喷射清洗方式引入到大型工业油罐底泥的清洗方面,模型试验获得了很好的清洗效果。在喷射装置的设计中,自激喷嘴的频率特性对射流的清洗效果存在着极其重要的影响,目前国内外的相关研究还很不完善。在本文中,首先通过采用流体网络理论的小扰动集中参数模型,推导了低压大流量自激脉冲射流喷嘴的频率特性分析式,初步分析了结构参数和运行参数变化对脉冲效果影响的趋势;然后通过建立非定常液汽两相流空化模型,对自激喷嘴内部流场进行数值模拟,揭示了低压大流量自激振荡脉冲发生机理,进而建立了自激脉冲喷嘴数值优化理论;最后通过两次模型试验和数值计算综合分析的结果,得到了自激喷嘴结构参数和运行参数的优化配比范围,为指导工业设计打下了坚实的基础。 第一章绪论从工业应用背景出发,对大型工业油罐自动清洗技术及采用脉冲射流清洗的可行性和优点进行了论述,同时对国内外相关研究理论尤其是射流清洗理论进行了综述。第二章通过采用流体网络理论的小扰动集中参数模型,推导了低压大流量自激脉冲射流喷嘴的频率特性分析式,同时指出了目前直接理论分析中存在的困难和可行性研究方法。第三章建立了定常空化射流数值模拟理论,主要讨论了利用双流体模型进行定常空化模拟的控制方程、方程离散、坐标变换、液汽两相流SIMPLE解法等,并特别讨论了利用汽体密度分数进行相间压力分摊的必要性。第四章针对所提出的低压大流量自激脉冲清洗方式及自激脉冲喷嘴,建立了非定常二维空化数值模拟理论,对原空化模型进行了改进,通过对空化发生后腔内压力、速度及体积分数场的分区,揭示了自激脉冲射流发生机理,总结了产生较好激振效果的要点。第五章讨论喷嘴结构参数及运行参数对激振效果的影响,提出自激喷嘴的数值优化理论。第六章通过两次模型试验对自激喷嘴
论文目录:
摘要
Abstract
图例索引
列表索引
第一章 绪论
第一节 工业应用背景
一、水射流装置的工业应用
二、本论文的工程应用背景
第二节 射流喷嘴的研究和应用现状
第三节 水射流清洗装置相关理论和试验研究综述
一、连续高压水射流研究概况
1.1、连续高压水射流装置开发和应用情况
1.2 连续高压水射流理论研究概况
二、脉冲水射流装置的理论分析和试验研究
2.1 脉冲水射流装置的开发和应用情况
2.2 脉冲水射流装置相关理论研究
第四节 本论文研究内容及具体研究思路
参考文献
第二章 自激脉冲射流喷嘴的频率特性研究
第一节 概述
一、自激脉冲装置频率特性研究现状
二、脉冲装置频率特性分析常用方法及对比
第二节 波速对自振脉冲射流频率的影响
一、自激振荡脉冲射流的有效激励条件判定
二、波速对自激振荡脉冲射流频率的影响
2.1 自激振荡脉冲射流中的波速
2.2 波速对脉冲射流频率的影响
第三节 自激喷嘴频率特性分析
一、流体网络理论的几个基本概念
二、自激脉冲喷嘴频率特性分析式
参考文献
第三章 液气两相流二维定常空化数值理论
第一节 自激振荡脉冲射流装置概述
第二节 空化理论基础及定常空化模型
一、空化理论基础及应用概况
二、定常空化模型
2.1 液气两相流动理论分析方法的选取
2.2 数值分析中空化影响的填加
2.2.1、质点标记与网格加密方法
2.2.2、气泡增长模型
2.3 本文定常空化模型研究思想
三、通用双流体模型控制方程
3.1、液气双流体模型求解基本假定
3.2、液气双流体模型
四、气液双流体模型中的几个问题
4.1、相间压力分摊问题
4.2、连续相和离散相的处理
4.3、相间作用力
4.4、介质密度差引起的浮力
第三节 数值计算方法
一、HFAM五点格式
1.1、二维定常流对流扩散方程的HFAM五点格式
1.2、不规则区域网格生成技术
1.3、坐标变换后液气二相流控制方程
二、液气两相流的SIMPLE算法
2.1、液气两相压力修正方程的推导
2.2、各相体积分数的确定
2.3、液气两相流SIMPLE算法求解步骤
2.4、坐标变换后的压力修正方程
参考文献
第四章 非定常空化模型研究及自激脉冲发生要点分析
第一节 空化初生的动力判据
一、空化判据研究概况
二、空化初生动力判据研究
第二节 二维非定常空化模型及改进
一、Fluent软件简介
二、混合模型(Mixture Model)
2.1、混合模型连续方程
2.2、动量方程
2.3、第二相体积分数方程
三、空化模型(CaVitation Model)
四、二维非定常空化模型的改进
1、记忆合金模型
2、广义密度理论
3、二维非定常改进空化模型
五、计算方法
第三节 低压大流量自激脉冲射流发生机理研究
一、自激脉冲发生机理研究相关理论综述
1、描述射流边界涡的两种常用方法
2、高压小流量自激脉冲射流发生机理分析
二、低压大流量自激脉冲射流发生机理研究
第四节 低压大流量自激脉冲发生要点分析
一、典型工况数值模拟结果
二、数值模拟结果分析
1、腔内速度矢量变化规律
2、腔内空化区变化规律
3、腔内压力场分析
三、自激脉冲发生要点小结
参考文献
第五章 自激脉冲射流喷嘴数值优化
第一节 结构参数变化对腔内空化区的影响
一、最佳工况下腔内空化区涡环结构特点
二、数值试验工况
三、自激腔径对空化区涡环结构影响分析
四、下喷嘴直径变化对空化区涡环结构影响分析
五、腔长对涡环结构影响分析
六、其它腔体结构影响因素分析
七、自激腔体结构优化小结
第二节 运行参数对腔内空化区的影响
一、上喷嘴入口静压变化对空化区的影响
二、上喷嘴入口流速变化对涡环结构的影响
三、淹没射流条件下腔内流场数值模拟
四、运行参数对装置频率的影响分析
参考文献
第六章 自激脉冲发生装置试验研究
第一节 概述
一、试验目的
二、模型试验预期目标
第二节 自激脉冲发生试验装置
一、试验装置
1、循环泵
2、自激脉冲喷嘴
3、试验台架
二、试验内容及方法
第三节 试验分析及结论
一、数据处理与频谱分析
二、试验曲线分析
1、试验工况分析曲线
2、腔体结构参数对激振频率的影响
2.1 腔径与下喷嘴的配合D_c／d_2
2.2 上、下喷嘴直径比d_2／d_1
2.3 自激腔的长径比Lc／Dc
2.4 碰撞壁锥度的影响
2.5 工作压力的影响
三、打击力分析
四、频响分析
五、自激喷嘴能耗分析
六、存在问题及研究方向
参考文献
第七章 全文总结与展望
第一节 全文总结
第二节 研究方向及展望
声明
致谢
攻读博士期间参与科研与发表论文情况
发布时间: 2006-05-10
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