湍流喷雾液滴蒸发和输运lesfdf数值模拟的研究

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1、浙江大学硕士学位论文摘要湍流喷雾燃烧广泛应用于各种军用和民用动力装置中，例如航空发动机、汽车发动机等。在液体燃料燃烧过程中，液滴蒸发是其中的重要环节。从本质上说，液体燃料燃烧过程是一个扩散燃烧过程，燃烧速度比蒸发速度快，因此液滴蒸发的快慢直接影响燃烧的速度，对湍流喷雾液滴蒸发进行研究有着十分重要的意义。本文基于大涡模拟(LargeEddySimulation，LES)方法，将概率密度函数(ProbabilityDensityFunction，PDF)用于推导颗粒所见流场速度的输运方程，得到颗粒所见流

2、场速度的滤波密度函数(FilteredDensityFunction，FDF)输运方程模型；采用修正的无限热传导液滴蒸发模型，考虑对流环境下传质、传热的不同特点。将以上方法结合，建立完整的数学模型。开发和调试了相应的计算程序，将建立的LES．FDF模型用于突扩通道内湍流喷雾过程的数值模拟，对湍流喷雾液滴的运动和蒸发进行研究。将计算得到的气相湍流流场的速度、温度特性以及液滴的速度、直径和温度分布等结果与实验数据进行了对比，两者符合较好。表明建立的LES-FDF模型可以有效且较准确地描述气液两相湍流蒸发

3、流场：基于大涡模拟的FDF模型可以很好地描述气液两相流中亚网格尺度涡与液滴颗粒的相间作用；考虑了亚网格尺度对流因素对传质、传热的影响条件下，采用无限热传导液滴蒸发模型可以较准确地预测液滴的蒸发规律。液滴蒸发与周围环境因素密切相关，本文分析了环境温度和环境压力这两个重要因素对液滴蒸发速率的影响。研究表明：环境温度越高，液滴蒸发越快；而在不超过临界压力的情况下，环境压力越大，液滴蒸发越慢，即不利于蒸发。关键词：喷雾：液滴蒸发；大涡模拟；滤波密度函数；温度；压力U浙江大学硕士学位论文AbstractTur

4、bulentspraycombustionsareencounteredinavarietyofengineeringapplications，suchasaircraftenginesandautomobileengines．Theevaporationofliquidfuelplaysanextremelyimportantroleintheprocessofcombustion．Essentially，thecombustionofliquidfuelisdiffusioncombustion

5、,inwhichtherateofcombustionislargerthanthatofevaporation,SOthedropletsevaporationrategreatlyinfluencesthecombustionrateofliquidfuels．Thus，theresearchonturbulentsprayevaporationisofsignificantvalue．BasedontheLargeEddySimulation(LES)，theProbabilityDensit

6、yFunction(PDF)methodwasintroducedtoderivethetransportequationofthefluidvelocityseenbytheparticles，andthenanLES／FDF(FiReredDensityFunction)modelwasdevelopedfortwo-phaseflow．Thedropletsevaporationwassimulatedwithaninfiniteconductivityevaporationmodel，and

7、theeffectofconvectiononmassandheattransferwastakenintOconsideration．Asetofnumeriealmodelswasestablishedandacomputerprogramwasdevelopedtonumericallyinvestigatetheturbulentsprayevaporation．Anevaporatingsprayinamodelcombustorwithanexpansionratioof3wassimu

8、lated．MeanandRMSpropertiesofthegasphaseanddropletswereobtainedandcomparedwithexperimentaldata,suchasvelocity,temperatureanddiameter．ItwasshownthattheLESCallwellpredictthetime-averagedandfluctuatingvelocityofgasphase，andtheFDFmodelcanwel