自由下落微粒羽流的数值模拟与实验研究
在工业生产常见的储藏、处理和运输系统中，到处可见微粒流的自由下落现象。在化工、建筑材料、食品工业处理、发电以及农产品加工等过程中，自由下落微粒流所产生的微粒粉尘常散射到环境空气中，造成局部或大面积的微粒粉尘污染。散射微粒粉尘能产生一系列的问题，如污染空气、造成职业疾病、增加火灾和爆炸的危险、造成产品的损失或破坏设备等。通过研究分析微粒羽流的气固两相流动的运动现象，可以获得空气污染中微粒粉尘的运行特征，弄清散射微粒与环境空气在不同影响因素下的耦合规律。本学位论文集中开展对微粒羽流的自由下落过程进行数值模拟和试验研究。具体涉及到利用CFD软件FLUENT6.2和试验手段对微粒羽流与环境空气的耦合现象进行研究。着重考察微粒的粒径、微粒羽流的下降高度、微粒的密度和温度场对微粒羽流的卷吸空气以及微粒羽流的速度分布所造成的影响。
在用FLUENT 对微粒羽流的自由下落现象进行数值模拟研究过程中，用带旋流修正的к-ε湍流模型(Realizableк-εModel)来处理气体相的流动的控制方程，使用离散相模型(DPM)来处理气固两相的运动以及与气体相之间的耦合。研究微粒粒径、微粒质量流量、下降高度以及微粒密度对微粒羽流的扩散特性以及对环境空气的卷吸现象的影响。
在实验研究中，利用多功能实验平台，对不同的微粒羽流的质量流量，以及不同物理性质的微粒羽流在不同高度下的产生的卷吸空气量和卷吸空气的流速进行了大量的试验，通过高速摄像机记录羽流下降的运动过程，用INSIGHT 3G软件来分析含有微粒流速数据的两张连续的图像，提供微粒的位移和流速信息并将实验数据与已有的模型和数值模拟的结果进行对比验证，保证了所建立的微粒羽流模型的正确性。结果表明，对于自由下落的微粒羽流，温度升高使卷吸空气量增大，微粒质量流量小的微粒流与环境空气的卷吸程度较大，微粒密度增大会导致对环境空气卷吸能力的降低，较小粒径的微粒流与环境空气的耦合更充分。
微粒羽流;气固两相流;数值模拟;卷吸空气
天津商业大学
硕士
制冷及低温工程
刘泽勤
2007
中文
O359;TB126
92
2007-10-22（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）