人工海水雾化室气粒两相流场特性研究

《人工海水雾化室气粒两相流场特性研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、哈尔滨工程大学硕二h学位论文指气体以大的气块形式存在于液体中的流动，比如潜艇在水下发射鱼雷前，发射孔舱门打开后压缩空气进入海水就可以形成大尺度的气泡；分层流也是一种十分常见的流动，任何带自由面的流动都可以归于这一类，比如水面的流动等等。如果根据介质组合分类，两相流问题可以分为气固、气液和液固三种类型。其中不仅包含了单相流流场所涉及的复杂流动问题，还包含了两相间的相互干扰问题。与气固和液固两相流相比，气液两相流中还存在液滴变形、破碎、聚合和蒸发过程，因此其复杂程度更高，给实验观察和数值计算都带来很多困难。总体上看，这个领域的研究还远没有达到成熟的阶段，

2、距离建立完整的理论还有很大距离。现有的气液两相流理论中包含了大量的经验公式和模型假设，从侧面证明了这个领域的理论还处于发展的初级阶段。图1．1颗粒相和气块流及分层流示意图1．4气液两相流的数值模拟在气液两相流的数值模拟中有三类基本模型：第一类模型将气液两相介质看作一种混合流体，称为单流体模型；第二种气液两相看作相互独立又相互作用的两种流体，称为双流体模型；第三种将气体或液体看作背景流体，而将另外一相看作离散分布于背景流体中的颗粒或粒子，在研究过程中用欧拉观点研究背景流体，用拉格朗强观点追踪颗粒相的运动，称为欧拉一拉格朗日模型。相对于欧拉一拉格朗19模

3、型，又将前面二种模型，即单流体和双流体模型，统称为欧拉一欧拉模型n，。4哈尔滨：[_：程大学硕士学他论文气液两楣流计算中常魇的模粼包括离散嬲模型(DiscretePhaseModel，DPM)、混合物模墅(MixtureModel)、欧拉模型(EulerianModel)、VOF模型(VolumeofFluids)、LevelSet模型等。离散相模型主要用于液滴流和气泡流计算。这个模型假设液滴或气泡(磊甏绫稳为颓粒)鹣体疆不麓遭大，瑟曼大辱摹上均匀分枣子连续稳中，即颗粒的局部体积浓度比要小于10％。离散相模型属于欧拉一拉格朗日型模型。谯计算液滴流时，

4、气体是避续相，液滴是离散相。酋先通过连续相的诗算获褥滚场的速度、溘滚动能等信息，然螽露在拉格朗鑫坐标下对肇个液滴豹轨迹积分，在考虑液清在连续相场中的受力和清流扩散等物域过程后，最终可以得到单个液滴的轨迹。因为湍流计算是在统计平均概念下进行的，计算中获彳蜉的湍流流场墩是平均意义上的流场，所以实际上计弊中是无法完全准确趣孬瑷溃滚潦场稔，因I

5、迦攀个滚滚鞔逑熬诗算没有癸甄意义，鼠有计算大鬣的液滴轨迹获得液滴运动的统计规律才有实际意义。离散相横型就是通过大量液滴的计算模拟大量液滴的运动。混合凌模型帮敬拉模型都是敬糖一欧拉登计算。这蘧耱攘型帮避诗箨中的稿作为共

6、存于阍一空闻中的流体进行计算。不同的是混合物模型通常计算二种流体相。丽欧拉模型则可以将不同的相作为组份进行处理并分别建立方瑕进行求解，瓣面可以计算多种不同流体驰浚场．VOF模型和LevelSet旗黧都藩于赛瑟逡踪模壅，主簧薅于带鑫套赛瑶闷嚣静计算。VOF模型用流体的体积比溺数判断追踪流体界面。LevelSet方法在1988年由Osher提出，主要思想是将分层流的边界面作为追踪函数的零等值面，并在诗髯巾始终保持为零等篷嚣豹方法遥踪透赛纛整耋“t。1．5海水雾化室实验研究方法到鞠蓠为止，实验研究仍然憝人工海永雾耽室硒利或改黧所采嗣翡主要手段，因为数值模拟

7、手段还不足以完全的代错实验研究所起的作用，一个物理过程的最可靠的数据资料筱往要由实验{爨《量得到。人工海水雾化蹇懿实验疆究是一瑗黪褰耗费大力、物力、鼷力鞠霹淹懿工{乍。实验簪}究瑟临的主翳问题包括：相似性问题、所需参数有效测量问题及模型实验设计。哈尔滨工穆大学硕士学位论文下面将分节详细讨论。1．5．1相似性问题要实现一令完整豹实验必须仔细考虑耱{羰条{孛兹渍是溷题““。露疆稳似，这鼹我们首先要说明的问题，藉两个现象中的同一类物理量具有确定的比例，则称这两个现象中的这类物理量相似。具体讨论如下：1+凡何耜经两个同类的几何图形(铡翔三角形)，若对液的眈镄

8、携筹，粥稳忿两个图形几何相似。几何相似又可定义如下：凡几何相似的图形，若分别取器自的“特征长度”度爨备边，则所褥到的两个无蹩纲的几何图形完全相同。对予A褥辐钕，霹激毒嚣耱捷凝：1)燕死俺足寸戏～定毪鲷懿两个器件，例如一个为真实雾化室(实物)，另一个为按比例缩小的模型器件；2)是同一器件的两种不同的工况。2．运动稳钕两个流场在对成时剽，在对斑点上，若速殿方向相同，数值之眈稿等，则称此流场运动相似。运动相似又可定义如下：凡运动相似的流场，若分别取各爨的“特征速度”度量各点的速度，则褥刹的两个无爨缨速度场宠全箱嗣。3．动力相似在寇义动力相似之前，首先_陂注

9、意到作用襁流场微元体上的力可能肖穗缝力厶，压力羞五，侯佳力Z，重力五，它们故形式兔以～∥百AV(△咿，厶～告