圆射流与撞击流流场数值模拟

摘要

由于撞击流气化炉碳转化率高达98％、气化效率高、设备寿命长,可靠性与可用率高,因此广泛用于联合循环(IGCC)发电装置。且经实验测定撞击流工业进程中热、质传递系数均得到强化,故化学工程中的近乎任何一种过程,都可以用撞击流来实现,而且撞击流对比惯用的方法很可能效率更高和能耗较低。因此,本文首先计算多喷嘴撞击流装置的组成部分——单喷嘴圆射流,以探究单个圆射流的流体特性。在此基础上以本课题组撞击流装置为计算对象,计算撞击流装置的流体特性,以期深入了解撞击流装置。
　　本文基于FLUENT软件,对单喷嘴圆射流平均场量和统计量进行计算,得到了以下结论:
　　(1)应用LES计算气相和气固两相圆射流比realizable k-ε和RSM模型总体上与实验数据(Elsaadawy、Hussein、Yuu)最为吻合,且对于圆射流的实际流场计算最好,并能够清楚的反映圆射流涡的形成、发展及破碎状态。
　　(2)对低、中、高雷诺数圆射流的流场特征进行比较,得出随雷诺数的增加,射流核心区长度增大,流场脉动速度增加,流场涡量增加,且圆射流由短粗变成细长。
　　(3)对于气固两相圆射流,颗粒的存在降低了气相流动的平均速度,且颗粒 St数越小对气相流场脉动速度削弱越强,颗粒St数越小越容易被大涡结构影响从而分散在射流的充分发展段。
　　本文基于FLUENT软件,对撞击流流场进行计算,得到了以下结论:
　　(1)应用雷诺应力 RSM模型计算的撞击流平均场量比realizable k-ε与 PIV实验结果更加吻合。
　　(2)撞击流径向射流的衰减速率要比圆射流的轴向速度衰减率高很多。
　　(3)应用LES计算撞击流瞬时流场与撞击流实际流场更为相似。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

1.1 本文研究背景——撞击流煤气化技术

1.2 射流理论研究方法概述

1.3 本文主要工作

2 模型介绍

2.1 Reynolds时均方程（RANS)模型

2.2 LES模型（Large Eddy Simulation）

2.3 气固两相模拟的欧拉-拉格朗日模型[30]

2.4 本章小结

3 气固两相圆射流数值模拟

3.1 计算模型、网格与边界条件

3.2 单相圆射流数值模拟与实验数据比对

3.3 气固两相圆射流数值模拟与实验数据比对

3.4 本章小结

4 撞击流装置数值模拟

4.1 计算模型与网格

4.2 撞击流流场不同湍流模型计算比较与实验比对

4.3 圆射流与撞击流的比较

4.4 LES模拟结果初探

4.5 本章小结

5 全文总结与展望

5.1 全文总结

5.2 研究展望

致谢

参考文献

附录 作者攻读硕士学位期间发表的论文