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前混合磨料水射流液固两相流流场的数值模拟及其应用

崔虎

   本文主要基于液固两相流的基本理论和计算流体力学的计算方法,在前混合磨料水射流淹没情况下喷嘴内外流场和喷嘴合理参数的研究方面,完成了以下的工作: (1)以两相流理论为基础,建立了磨料水射流的液固两相湍流的数学模型。 (2)基于有限体积法的基本思想,给出了求解两相流模型的SIMPLE算法。 (3)基于液固两相流的数学模型和数值算法,对前混合磨料水射流在淹没情况下喷嘴内外的流场进行了数值模拟,其具体结论如下: (a)在喷嘴收缩段内,轴线上水和磨料同时被加速,加速度基本相同,进入直柱段之后加速度都有所下降。在喷嘴出口外,在一定的长度区域内,水的速度基本保持不变,即出现核心区。由于水与磨料颗粒之间始终存在速度滑移,在速度差的作用下,从喷嘴入口到核心区末端,磨料颗粒一直作加速运动,在核心区的末端达到最大速度。 (b)在喷嘴外,轴线位置的速度保持不变的距离最长。在核心区外侧的截面处的流体受到紊动混掺影响,首先开始加速,然后衰减。轴线位置的磨料加速的时间最长,直到核心区的末端,流场中磨料最大速度也出现在该位置。 (c)轴线上磨料的动压明显高于水的动压。在收缩段内,二者的差别不是很大,而从直柱段起磨料的动压增长速率远大于水的增长率。在喷嘴外的核心区内,水的动压基本保持不变,而磨料动压持续增长,在核心区的末端达到峰值。 (d)湍流动能k在喷嘴内收缩段和直柱段的交界处以及直柱段的内壁附近较大。在喷嘴外,核心区的两侧附近湍流动能最大,核心区内则非常小。湍流动能耗散率ε在直柱段的内壁附近和喷嘴出口附近较大。 (e)选择内锥角为13度的喷嘴做射流时,效果较理想。 (f)水和磨料速度和动压的最大值随着直柱段长度的增加而增加,但达到12D(D为喷嘴出口处直径)时为极限状态,速度和动压将不再增加。核心区的长度随着直柱段长度的增加而减少,而达到12D之后核心区将消失。选择4D到6D直柱段长度的喷嘴做射流时效果较理想。 (g)轴线上水和磨料的速度和动压随着磨料体积分数的增加而下降,浓度为5%左右射流效果较理想。……   
[关键词]:前混合磨料水射流;液固两相流;数值模拟;内锥角;直柱段;体积分数
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:辽宁工程技术大学2007年