液滴撞击过程数值模拟及其传热特性研究

发布时间：2025-05-20 03:54

　　液滴撞击液膜是日常生活和工业生产中普遍存在的一种物理现象。液滴撞击对液膜有显著的扰动作用,液膜扰动对换热面的流动换热有重要影响,因此,深入研究液滴撞击壁面现象对剖析薄液膜的传热特性及其工程应用不仅具有一定的学术意义,也可为工程应用提供参考依据。本文建立了液滴撞击换热壁面的VOF物理模型,采用PISO算法对VOF物理模型进行求解,根据液滴大小、撞击位置、撞击速度、撞击频率等因素认识液滴撞击所产生的水花现象,以及流体动力学特征和传热特性。具体结论如下:针对液滴撞击水平换热壁面,确定3种不同的液滴直径、2种不同的下落撞击速度、2种不同的液滴水平间距和2种不同的液滴垂直间距。计算结果表明,液滴撞击液膜后产生水花现象的机理主要由液滴的冲击力、液滴重力、惯性力和压力梯度协同引起的,液滴冲击动量越大,水花高度和水花直径越大。液滴撞击速度从1m/s提高到2m/s,整个传热表面的平均换热系数提高了40.88%。如果液滴直径从1mm分别增大到2mm和3mm,整个传热表面的平均换热系数则分别提高了19.35%和32.43%。当多个液滴相邻水平间距超过水花直径时,整个传热表面的平均换热系数相差了22.61%。如...

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【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 国外研究进展
        1.2.2 国内研究进展
    1.3 本课题研究内容及创新点
    1.4 本章小结
第2章 液滴撞击换热壁面液膜理论基础及数值模拟方法
    2.1 数值模拟简介
    2.2 控制方程的建立
        2.2.1 质量守恒方程
        2.2.2 动量守恒方程
        2.2.3 能量守恒方程
    2.3 计算模型的选择
        2.3.1 VOF模型
        2.3.2 欧拉模型
        2.3.3 混合模型
    2.4 物理模型描述
        2.4.1 液滴撞击水平换热壁面液膜
        2.4.2 液滴撞击圆管换热壁面液膜
    2.5 数值模拟中相关问题的处理
        2.5.1 几何模型及边界条件
        2.5.2 网格质量及无关性验证
        2.5.3 材料属性设置
        2.5.4 算法的选择
        2.5.5 流体计算域初始化
        2.5.6 每帧Data保存设置
        2.5.7 时间步长设置
    2.6 本章小结
第3章 单个液滴撞击水平换热壁面液膜数值模拟结果与分析
    3.1 数值模拟工况条件
    3.2 液滴撞击液膜后流动特征影响分析
    3.3 液滴撞击液膜后传热特性影响分析
    3.4 液滴撞击液膜后速度场变化分析
    3.5 液滴撞击液膜后压力场变化分析
    3.6 本章小结
第4章 多个液滴撞击水平换热壁面液膜数值模拟结果与分析
    4.1 数值模拟工况条件
    4.2 液滴间距对撞击液膜后流动特征影响分析
    4.3 液滴间距对撞击液膜后传热特性影响分析
    4.4 撞击频率对液滴撞击液膜后流动特征影响分析
    4.5 撞击频率对液滴撞击液膜后传热特性影响分析
    4.6 本章小结
第5章 液滴撞击圆管换热壁面液膜数值模拟结果与分析
    5.1 数值模拟工况条件
    5.2 液滴撞击液膜后流动特征影响分析
    5.3 液滴撞击液膜后传热特性影响分析
    5.4 液滴撞击液膜后速度场变化分析
    5.5 液滴撞击液膜后压力场变化分析
    5.6 本章小结
第6章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间论文发表及科研情况



本文编号：4046807