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等壓式割嘴的結(jié)構(gòu)優(yōu)化畢業(yè)論文-在線瀏覽

2024-08-05 03:50本頁面
  

【正文】 氣相流量特性也進行相關的分析。在本課題中運用圖像和曲線圖兩種方式對計算結(jié)果進行表達,以有效的判斷計算結(jié)果的準確性和變化規(guī)律,進而了解所研究割嘴的噴霧特性。根據(jù)流動的粘性動力特性可通過雷諾數(shù)進行相似換算的特點,研究中選擇用水來替代燃油作為研究材料,霧化介質(zhì)為壓縮空氣。這種割嘴的油大部分沾在混合孔壁上,形成油膜,受霧化介質(zhì)的作用而加速從噴口噴出,形成環(huán)狀油膜,燃油破碎成霧滴。 等壓式割嘴結(jié)構(gòu)設計和運行實踐表明,這種割嘴具有很多的優(yōu)點: (1)割嘴結(jié)構(gòu)簡單,氣和水供給壓力比較低。 (3)割嘴單只出力大。 (4)對液體燃料種類的適應性較強,高粘度液體也能霧化良好。其霧炬的索特爾平均直徑可達50微米左右,且在任何出力下均能保證良好的霧化質(zhì)量。 (7)符合調(diào)節(jié)比大,使用壽命長。這使得其與機械霧化割嘴比較,使用期限較長。它最終生成具有邊界信息的網(wǎng)格文件。它可以生成結(jié)構(gòu)網(wǎng)格、非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格和混合網(wǎng)格等多種類型的網(wǎng)格。另外,網(wǎng)格單元方面,對于二維模型,Gambit可以提供三角形、四邊形的網(wǎng)格單元;對于三維模型,有四面體、五面體(棱錐行或金字塔形)以及六面體單元網(wǎng)格。Gambit本身提供了幾何建模的功能,只要模型不太復雜,一般可以直接在Gambit中完成幾何模型。Gambit可以導入CFD軟件或前處理軟件生成的幾何模型,能夠?qū)氲膸缀文P臀募念愋桶ˋCIS、Parasolid、IGER和STEP等格式。生成網(wǎng)格過程:無論結(jié)構(gòu)網(wǎng)格還是非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格,都需要按照下列過程生成網(wǎng)格: (1)建立幾何模型。對于二維問題,幾何模型是二維面;對于三維問題,幾何模型是三維實體。為模型的每個區(qū)域指定名稱和類型,為后續(xù)給定模型的物理屬性、邊界條件和初始條件做好準備。由于割嘴尺寸較小,噴霧區(qū)尺寸較大,對割嘴部分采用局部網(wǎng)格加密。、。這些定律的適用性與流體的個別屬性或特殊流動過程無關,是任何流體在任何過程中都必須遵從的。守恒型的控制方程或控制方程的守恒形式(conservative form),是指對流項都采用散度(divergence)的形式來表示。只有守恒型的控制方程才可以保證對有限大小的控制容積內(nèi)所研究的物理量的守恒定律仍然得到滿足。以下為三維視角坐標系下的守恒型控制方程。 ②動量守恒方程動量方程是動量守恒定律的數(shù)學表達式,分析微笑控制體受力及運動的情況,并運用連續(xù)性方程推導出其微分方程為: 能量方程 綜上可得控制方程的通用形式: 式中為通用變量,可以代表u、v、w、T等求解變量;為廣義擴散系數(shù),為廣義源項。任何控制方程都可以經(jīng)過適當?shù)臄?shù)學處理化為上述的通用形式。 因為如果流動包含不同成分的混合或相互作用,系統(tǒng)還要遵守組分守恒定律。所研究的等壓式割嘴中,氣象運動的湍流流動用可實現(xiàn)模型來描述,而組分輸運用常用的組分輸運模型來表達。在湍流中流體的各種物理參數(shù),如速度、壓力、溫度等隨時間與空間發(fā)生隨機的變化。因為可實現(xiàn)湍流模型較標準湍流模型對平面或圓形射流進行設計更加準確,所以本文采用可實現(xiàn)湍流模型。在Fluent中,作為默認值常數(shù),,。對以上流動過程模擬結(jié)果都比標準模型的結(jié)果好,特別是可實現(xiàn)模型對圓口射流和平板射流模擬中,能給出較好的射流擴張角。不同的是,在可實現(xiàn)模型中,不再是個常數(shù),而是如下公式計算: (2)組分輸運模型 其中: —每個組分的質(zhì)量分數(shù);—自定義源項;—濃度梯度引起的擴散通量;—化學反應的凈產(chǎn)生率。一般的看法是,輔助空氣加劇了液膜的不穩(wěn)定性,同時空氣有助于液滴的分散,防止液滴的碰撞。因此,選擇波動破碎模型描述液相的離散。We—韋伯數(shù)。噴霧過程中液滴半徑變化率: 式中:a—液滴半徑,m。隨機軌道模型建立在瞬態(tài)顆粒動量方程的基礎上。目前常用的離散方法有:有限差分法、有限體積法、有限解析法和有限元法等。 利用有限體積法得到的控制方程的離散格式通用形式為:=+b下標nb表示相鄰節(jié)點。根據(jù)所研究的割嘴特點,選擇割嘴的氣孔、混合孔以及割嘴下游200mm的區(qū)域作為計算區(qū)域,為加速計算的收斂,將割嘴部分用局部加密的四面體網(wǎng)格進行劃分,將噴霧區(qū)域用六面體網(wǎng)格進行粗化劃分;確定數(shù)值模擬的具體過程,首先計算氣相流場,然后將液相加入,進行耦合計算,最終得到所要的噴霧場。自1878年瑞利提出射流的不穩(wěn)定理論來解釋液滴的分裂破碎以來,曾有許多研究人員對此進行廣泛的實驗研究。如果時間步長太長,計算結(jié)果將依賴于此時間步長,用戶必須相應的調(diào)整顆粒的長度標尺。 O’Rourke用碰撞體積的概念計算液體碰撞的概率,此方法計算小液滴在碰撞體積內(nèi)的概率,而不是看是否小液滴軌跡中心線的位置在碰撞體積內(nèi)。TAB模型適用于低韋伯數(shù)射流霧化以及低速射流進入標準狀態(tài)空氣中的情況。Taylor用研究質(zhì)點振動的方法類比的研究液滴破碎問題,稱為Taylor類比破碎模型(Taylor analogy breakup model),簡稱TAB模型。Wave破碎模型是1995年Hwang和Reitz提出的,此模型認為氣液之間的速度差造成了射流霧滴的破碎,是用于高速射流霧化。KH動態(tài)模型的描述如下: 其中,為昂賽格數(shù),泰勒數(shù),分別為液體和氣體的韋伯數(shù);為雷諾數(shù)。 等壓式割嘴數(shù)值計算基本參數(shù)設置 參數(shù)設置前的準備工作 (1)液相(水)流量、計算它們在不同的割嘴運行參數(shù)和結(jié)構(gòu)尺寸下,經(jīng)過等壓式割嘴以后的霧化效果情況。確定噴孔出口噴油平均速度式中: —割嘴內(nèi)油壓降; —油密度, (3)等壓式割嘴氣流出口速度等壓式割嘴的氣流出口、進口壓力比一般大于臨界壓力比,故氣流的出口等于音速。 Fluent不管你在創(chuàng)建時用的什么單位,只要被讀入,均假定是以m為單位,所以在導入網(wǎng)格文件時,必須注意按當前設定的單位對網(wǎng)格進行縮放處理,以保證其幾何尺寸的有效性。圖31 網(wǎng)格顯示對話框打開網(wǎng)格顯示對話框后,點擊Display,便可得到網(wǎng)格。Fluent提供了分離式和耦合式兩類求解器,而耦合式求解器又分為隱式和顯式兩種。現(xiàn)在,兩種求解器都是用于從不可壓縮到高速可壓的很大范圍的流動,但總的來說,當計算高速可壓流動時,耦合式求解器比分離式求解器更有優(yōu)勢。另外,在分離式求解器中提供的幾個物理模型,在耦合式求解器中沒有。 (2)計算模式選擇根據(jù)割嘴的空間幾何特性,在Space選項中選擇3D(三維)。所以在計算連續(xù)相的時候采用Steady(穩(wěn)態(tài)),而液相噴著本身是一個非穩(wěn)態(tài)過程。在計算時速度是采用Absolute(絕對速度)處理,選用CellBased(按單元中的壓力梯度計算)來控制方程中的導數(shù)項。實質(zhì)上也就是確定在計算過程中采用哪些方程作為控制條件。在使用這種模型的同時,采用了Fluent中的默認值。 打開“Materials”設置對話框如圖35所示:圖35 流體材料屬性設置 (連續(xù)相) 操作:Define→Boundary Conditions.. 打開“Boundary Conditions”設置對話框如下圖所示: 圖36 Boundary Conditions設置 Inlet_1設置pressureinlet如圖37所示:圖36 Inlet_1的pressure設置對于其他的邊界條件均保留默認設置即可。圖38 Residual Moutors對話框 在Options項選擇Plot,保留其他設置,點擊OK。利用Flue
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