同轴旋转锥台间流体流动的数学模型解的研究与燃烧模型解的分析

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1、万方数据北京化工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：垄塑兰童日期：2Q!垒生鱼目!目关于论文使用授权的说明学位论文作者完全了解北京化工大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京化工大学。学校有权保留并

2、向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。口论文暂不公开(或保密)注释：本学位论文属于暂不公开(或保密)范围，在』L年解密后适用本授权书。口非暂不公开(或保密)论文注释：本学位论文不属于暂不公开(或保密)范围，适用本授权书。作者签名：导师签名：椰磷日期：2Q!垒生查旦!目日期：2Ql垒生§旦!目万方数据学位论文数据集中图分类号TQ011学科分类号5301110论文编号10010140011密

3、级非保密学位授予单位代码100IO学位授予单位名称北京化工大学作者姓名李秋姝学号2008080011获学位专业名称化学工程获学位专业代码081701课题来源自选研究方向化工数学论文题目同轴旋转锥台间流体流动的数学模型解的研究与燃烧模型解的分析旋转液膜反应器，同轴旋转锥台，Taylor-Couette流，泰勒涡，关键词雷诺数，Navier-Stokes方程，逆向阴燃波论文答辩日期2014年6月27日幸论文类型应用研究学位论文评阅及答辩委员会情况姓名职称工作单位学科专长指导教师许兰喜教授北京化工大学应用数学评阅人1

4、评阅人2评阅人3评阅入4评阅人5答辩委员会主席曹达鹏教授北京化工大学化学工程答辩委员1苏海佳教授北京化工大学生物化工答辩委员2包雨云教授北京化工大学化学工程答辩委员3孙华飞教授北京理工大学应用数学答辩委员4岳宝增教授北京理工大学流体力学答辩委员5注：一．论文类型：1．基础研究2．应用研究3．开发研究4．其它二．中图分类号在《中国图书资料分类法》查询．三．学科分类号在中华人民共和国国家标准(GB／T13745-9)《学科分类与代码》中查询．四．论文编号由单位代码和年份及学号的后四位组成．万方数据摘要同轴旋转锥台间

5、流体流动的数学模型解的研究与燃烧模型解的分析摘要本文的主要研究内容分为两个部分：(一)同轴旋转锥台间流体流动的数学模型解的研究沉淀法是制备纳米材料最有效的，且易于实现大规模工业化生产的方法。其化学反应是一个快速的反应过程，难以进行控制。旋转液膜反应器是较为理想的对沉淀法具有强化作用的反应器，该反应器具有狭小的反应空间和高剪切速度。旋转液膜反应器的简化几何模型是同轴旋转锥台。本文在第二章和第三章中分别研究了两种不同的同轴旋转锥台模型，锥台间隙中充满不可压缩的粘性流体。首先，第二章从数值模拟角度对上底半径大于下底半

6、径的两同轴旋转锥台间隙内流体的流动性质进行研究；其中内锥台旋转，外锥台保持静止不动。利用计算流体力学软件Fluent分析了锥台间隙内流体的稳定性和泰勒涡的生成。结果表明，流体在雷诺数较小时处于层流状态，随着雷诺数的增大，在大约Re=300时锥台顶部附近生成第一个泰勒涡。随着旋转角速度的继续增大，大约Re=500时，沿着锥台半径减小的方向形成了三对涡，继而到雷诺数大约为Re=800时，锥台间隙内已经充满了6对涡。本章利用流体的压力万方数据北京化工大学博士学位论文和速度的极值分布从宏观角度分析了同轴旋转锥台间隙内流

7、场的性质，得到如下结论：压力和速度的极值在相邻两涡的边界处或大涡的中线处达到；压力在速度的极小值点达到极大，压力的单调性则在速度的极大值点处改变。其次，第三章从理论分析和数值模拟的角度研究了上底半径小于下底半径的两同轴旋转锥台间隙内流体的流动状态，内外锥台独立旋转，角速度分别为Q。和Q：。运用反证法证明了对于任意的旋转角速度Q。和Q：，两个同轴旋转的锥台之间的流场不存在形如li=uo(r，z)eo+扰：(尸，z)巳，P=p(r，z)和“=Hrp，z)er+uo(r，z)eo，P=p(r，z)的二维形式定态解。且

8、以数值模拟的手段，推测了当旋转的角速度Q。与Q：较小时，两同轴旋转锥台之间的流体流动为三维形式的定态解，这个结果验证了Wimmer的实验观测。分析了同轴旋转锥台间隙内流体从螺旋流失稳，到泰勒涡产生的过程，给出了压力和速度沿轴向的分布，解释了泰勒涡对粒子的碾磨作用。(二)燃烧模型解的渐近性质的分析阴燃是可燃多孔介质材料与空气接触后发生的一种无火焰放热燃烧反应，相对于明火而言，阴燃的燃烧温