压力旋流式喷嘴喷淋冷凝过程的数值模拟研究

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1、压力旋流式喷嘴喷淋冷凝过程的数值模拟研究Numericalsimulationsonspraycoolingprocessofthepressure-swirlnozzle学科专业：化学工程研究生：潘阳敏指导教师：罗祎青副研究员天津大学化工学院二零一七年五月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢

2、意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要对原油资源不断的开采和利用，造成原油品质重质化的趋势愈加严重。减压深拔，作为重油加工的重要手段，可很好地缓解原油重质化带来的负面影响。以无固体传热壁面的气液直接

3、接触冷凝换热方式来替代塔内换热段填料的减压深拔工艺，能够达成提高原油减压拔出率的目的。本课题即以此为研究背景。本文以压力旋流式喷嘴喷淋及其冷凝过程为研究对象，借助计算流体力学和计算传热、传质学的理论和方法，通过数值模拟与文献实验相对比的方法，以等效的二维网格模型模拟圆周对称的三维流动，多相流和湍流模型分别采用VOF和RSMlinearPressure-Strain模型，相变模型采取Fluent中内嵌的Lee模型。研究和分析了压力旋流式喷嘴内外部流场的出口液膜厚度、喷雾锥角、液膜破碎长度、速度场、压力场及温度场等流体力学特性，对有、无换热情况下的喷嘴内外流场

4、进行了对比，并得出液膜区的换热系数。本研究旨在预测有、无换热情况下由压力旋流式喷嘴产生的流场的分布，掌握液膜厚度、喷雾锥角以及液膜破碎长度等随流量的变化规律；并研究发生相变时，换热过程对各流场的影响。研究成果用于指导大型工业设备中利用气液直接接触（无固体换热壁面）冷凝换热过程的工程化设计和优化改造。模拟结果表明：（1）无换热情况下，随喷嘴流量增加，喷雾锥角的增加幅度逐渐减小，液膜破碎长度减小。喷嘴内部，喷嘴内部上半部分压力分布呈现四周高中间低，且液相存在逆流，切向速度分布呈现四周低中间高。喷嘴外部，随距喷嘴出口轴向距离的增加，液膜切向速度单调递减，液膜径向

5、速度逐渐增加，液膜轴向速度微小幅度地减小，液膜厚度单调递减。此外，本研究还发展出测新的算出口液膜厚度的方法。（2）有换热情况下，喷嘴入口液相的过冷度会对喷淋冷凝过程产生影响。其他条件相同时，与无换热情况相比，有换热的液膜破碎长度更大，气相流场间存在较大区别，而液相流场分布规律相似。关键词：喷嘴；计算流体力学；液膜；直接接触冷凝；Lee相变模型IABSTRACTIncreasingexploitationandconsumption,crudeoilisbecomingheavierandpoorerinquality.Deepvacuumdistillat

6、ion,asaneffectivemanneronheavyoilprocessing,couldfairlywellremedytheadverseimpactfromheavieroil.Thisistheresearchbackgroundofthispaper.Thispaperputeyesonpressure-swirlnozzleanditssprayheattransferprocess,withtheaidofthetheoriesandmethodsofcomputationalfluiddynamicsandcomputational

7、heatandmasstransfer.Strategyofcomparisonbetweennumericalsimulationandexperimentreportedintheliteratureisapplied.Equivalent2Dgridisemployedtosimulateaxisymmetric3Dflow.MultiphasemodelVOF,turbulencemodelRSMlinearPressure-StrainandphasechangemodelLeearerespectivelyadopted.Thenozzlefl

8、owcharacteristicsofinternalandext