水气射流通风装置性能的三维数值模拟研究

摘要

建立完善的通风系统是安全生产的基本保障。合理安装通风设施是为了使风流能够按照拟定的路线流动，以确保发生灾害时便于调整风流，维持工作场所的正常通风。水气射流通风装置由于其结构简单、成本低、效率高等特点，广泛应用于工业通风。本文旨在提高水气射流通风装置的吸风效率，对其进行三维数值模拟研究。
　　 本文首先对水气射流通风装置的通风机理进行初步研究，其主要内容是通过分析工业通风、高压水射流、水气两相流等基本知识和理论，阐述了水气射流通风装置的工作机理，并确定了试验研究的相关参数及参数范围。为了较为深入的研究本课题，本文引入了目前发展较快的商用CFD软件对模型进行三维数值模拟研究。在数值模拟方面，本文利用UG软件设计建立了水气射流通风装置的三维模型，通过改变装置喉管长度、喉管直径、入口水流速度及喷嘴结构等因素，利用Fluent软件对不同结构的模型进行模拟试验，得出其在不同影响因素下装置内部的速度流场分布及吸入室横截面的平均速度，进而找出各因素变化与装置吸风量的变化关系。对模拟试验数据采用曲线拟合的分析方法，得出在不同的影响因素（即喉管长度、喉管直径、入口水流速度及喷嘴结构）下水气射流通风装置的吸风量的变化规律，从而找到水气射流通风装置各影响因素的最佳尺寸。
　　 在试验研究方面，设计水气射流通风装置的实验室系统，从装置的喉管长度、喷嘴结构及入口水压等因素变化方面对水气射流装置的数值模拟结果进行试验验证。将试验结果与数值模拟结果进行对比，发现趋势吻合。
　　 对水气射流通风装置的模拟结果的数据进行拟合可以看出，该装置的吸风量与喉管长度及其直径都呈抛物线变化，当喉管长度为260mm时，吸入口的吸风量达到最大;当喉管直径为217mm时，水气射流通风装置的吸风量达到最大值。入口水流速度与吸风量成正比关系。当采用X型螺旋喷嘴时，水气射流通风装置的吸风效果最佳。
　　 理论分析、三维数值模拟、试验研究及数据分析的结果表明，水气射流通风装置在通风除尘及对含有爆炸性气体场所的通风应用方面有一定的可行性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 项目研究的背景及意义

1．2 国内外研究现状分析

1．2．1 各种行业中的射流通风

1．2．2 水射流通风的研究现状

1．2．3 液气射流泵的研究现状

1．2．4 水气射流通风数值模拟的研究现状

1．3 论文研究的目的和意义

1．4 论文研究的主要内容和技术路线

1．4．1 主要内容

1．4．2 课题的技术路线及关键方案

2 水气射流通风的理论分析

2．1 通风的基础知识

2．1．1 工业通风概述

2．1．2 常见的通风方法

2．2 射流的基本理论

2．2．1 射流的基本概念

2．2．2 射流的结构与分类

2．2．3 射流的基本特征

2．2．4 射流的基本方程

2．3 水气射流通风原理

2．3．1 两相流理论

2．3．2 两相流的研究方法

2．3．3 水气射流装置的通风机理

2．3．4 水气射流通风装置的性能方程

2．3．5 影响水气射流装置通风性能的因素分析

3 三维建模及数值计算

3．1 三维模拟软件介绍

3．1．1 UG软件简介

3．1．2 Fluent软件简介

3．1．3 流体力学的控制方程

3．1．4 多相流体力学的研究方法

3．2 对水气射流通风装置的三维建模

3．2．1 建模方案设计

3．2．2 水气射流通风装置的几何建模

3．3 网格划分及边界条件

3．3．1 网格生成技术概述

3．3．2 水气射流通风装置的网格生成

3．4 数值模拟

3．4．1 计算模型的选用

3．4．2 对不同喉管长度的装置模型进行模拟

3．4．3 对不同入口水流速度的装置模型的模拟

3．4．4 对不同结构喷嘴的模型进行数值模拟

3．4．5 对不同喉管直径装置模型的数值模拟结果

3．5 水气射流通风装置数值模拟的分析总结

4 水气射流通风装置的验证试验研究

4．1 试验装置设计及系统制作

4．1．1 试验用水气射流通风装置的主体设计

4．1．2 喷嘴类型的选择

4．2 本课题试验方案

4．3 试验参数及其测量方法

4．3．1 风速的测定

4．3．2 其它参数的测定

4．3．3 吸风量的计算

4．4 试验结果与分析

4．4．1 试验数据记录与处理

4．4．2 试验数据结果分析

4．5 试验结论分析

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间已发表论文