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细水雾特性及其在狭长空间降温效果的研究

作　者: 刘乃玲
导　师: 张旭
学　校: 同济大学
专　业: 供热、供燃气、通风及空调工程
关键词: 压力式喷嘴特性细水雾狭长空间降温效果实验研究数值模拟
分类号: TU83
类　型: 博士论文
年　份: 2006年
下　载: 572次
引　用: 10次
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内容摘要

液体雾化是能源动力、航空航天、化工、农业以及环境工程等许多研究领域的一个重要课题。在雾化液体的喷嘴中，压力式喷嘴具有结构简单、雾化性能好、能耗低等诸多优点，在工程上被广泛地应用。在产生大量热量的狭长空间，用细水雾辅助降温不失为一种可行的方法。目前国内外有关细水雾降温的研究还比较少，为此本文针对细水雾的特性及其在狭长空间的降温效果进行了如下研究。建立了液滴蒸发的数理模型，并对模型进行了求解，分析了液滴在空气中的蒸发寿命。通过实例求解得到了液滴蒸发时非稳态阶段所需的时间、液滴的温度及直径随环境温度的变化规律。应用有效薄膜理论，对细水雾降温的机理进行了分析。研究了几种常用的压力式喷嘴的流量特性及雾化特性，分析了影响喷嘴特性的主要因素，研究发现：喷嘴特性主要受结构参数和运行参数的影响。首次拟合出了所研究喷嘴的流量关联式及雾化粒子直径的经验公式，并得到了它们的流量系数。研究了某种螺旋型喷嘴雾化粒子的直径随喷雾压力的变化规律，并得到了该种喷嘴的临界雾化压力值。通过数值模拟研究了通风量、进风温度、热源强度及喷雾量的变化对狭长空间温度分布的影响规律，模拟的结果与实验的结果比较吻合，证明了模拟计算的准确性。模拟计算的结果显示，喷水温度对降温效果的影响甚微，可不予考虑。根据模拟计算的结果，拟合了狭长空间温度分布的经验公式。对含雾气流沿无液膜覆盖的干平板湍流边界层的传热问题进行了理论分析及数值模拟。理论分析及模拟的结果均显示：在单相气流中喷加细水雾对壁面的冷却作用明显增强。最后，关于进一步研究的方向进行了简要的讨论。

全文目录

摘要  6-7
ABSTRACT  7-15
第一章绪论  15-29
  1.1 概述  15-18
    1.1.1 喷嘴的应用领域  15-16
    1.1.2 喷嘴的种类  16-17
    1.1.3 细水雾的定义及喷雾特性  17-18
      1.1.3.1 细水雾的定义  17
      1.1.3.2 喷雾特性  17-18
  1.2 前人的工作  18-21
    1.2.1 有关雾化机理及喷嘴性能的研究  18-20
      1.2.1.1 有关雾化机理的研究  18-19
      1.2.1.2 有关喷嘴性能的研究  19-20
    1.2.2 有关喷雾降温的研究  20-21
  1.3 本课题的主要工作  21-24
    1.3.1 课题的研究对象  21
    1.3.2 课题研究内容  21-22
    1.3.3 技术路线  22-24
  参考文献  24-29
第二章液滴破碎及细水雾降温的机理分析  29-56
  2.1 引言  29
  2.2 液体雾化的机理及破碎模式  29-33
    2.2.1 雾化机理  29-30
    2.2.2 液滴的破碎  30-33
      2.2.2.1 液滴在稳定气流中的破碎模式  30-32
      2.2.2.2 液滴在湍流区中的破碎  32-33
  2.3 液滴在稳定状态的蒸发  33-36
    2.3.1 质传递过程的理论分析  33-35
      2.3.1.1 质传递过程数学模型的建立  33-35
      2.3.1.2 热传递数  35
    2.3.2 稳定状态下蒸发速率的计算  35-36
    2.3.3 蒸发常数  36
  2.4 非稳态过程的分析  36-43
    2.4.1 非稳态过程数学模型的建立  36-38
    2.4.2 非稳态过程的求解  38-43
  2.5 液滴的寿命  43-46
    2.5.1 液滴蒸发所耗的时间  43-44
    2.5.2 加热阶段对液滴寿命的影响  44-45
    2.5.3 对流换热对液滴蒸发率及寿命的影响  45-46
  2.6 细水雾降温的机理分析  46-50
    2.6.1 液滴在相对静止介质中汽化时的能量变化  46-47
    2.6.2 液滴在相对运动的强迫对流介质中汽化时的能量变化  47-50
      2.6.2.1 无传质条件下的换热  48
      2.6.2.2 有传质条件下的换热  48-50
  2.7 本章小结  50-52
  主要符号对照表  52-55
  参考文献  55-56
第三章压力式细雾喷嘴特性的实验与理论研究  56-78
  3.1 引言  56-57
  3.2 实验系统  57
  3.3 测量系统  57-59
    3.3.1 喷雾压力的调节及测量  57-58
    3.3.2 喷雾量(喷嘴流量)的测量  58
    3.3.3 雾滴直径的测量  58-59
  3.4 激光衍射粒度仪的工作原理  59-63
    3.4.1 激光测量系统原理图  59
    3.4.2 激光衍射粒度仪的工作原理  59-63
  3.5 细雾喷嘴的流量特性研究  63-68
    3.5.1 喷嘴类型  63-64
    3.5.2 流量特性  64-68
  3.6 细雾喷嘴的雾化特性研究  68-73
    3.6.1 喷雾压力对雾化粒子尺寸的影响  68-69
    3.6.2 雾化相似准则关系的建立及拟合  69-73
      3.6.2.1 雾化相似准则关系的建立  69-71
      3.6.2.2 雾化相似准则关系的拟合  71-73
  3.7 本章小结  73-74
  主要符号对照表  74-76
  参考文献  76-78
第四章液体雾化过程中能量平衡及雾滴的运动轨迹分析  78-89
  4.1 液体破碎和雾化过程中的能量分析  78-83
    4.1.1 液体雾化过程中的能量平衡关系  78-81
    4.1.2 液体雾化过程中粘性耗散功的分析  81-83
  4.2 细雾雾滴的受力分析及行程  83-85
    4.2.1 受力分析  83-84
    4.2.2 雾滴的运动轨迹  84-85
  4.3 本章小结  85-86
  主要符号对照表  86-88
  参考文献  88-89
第五章细水雾对狭长空间降温效果的数值模拟  89-112
  5.1 引言  89-90
  5.2 喷雾前气相流场的数值模拟  90-100
    5.2.1 假设条件  90-91
    5.2.2 基本控制方程  91-92
    5.2.3 模拟对象及边界条件  92-93
    5.2.4 模拟计算的结果及分析  93-100
      5.2.4.1 通风量对狭长空间温度分布的影响  93-97
      5.2.4.2 进风温度对狭长空间温度分布的影响  97-98
      5.2.4.3 热源强度对狭长空间温度分布的影响  98-100
  5.3 喷雾两相流场的数值模拟  100-105
    5.3.1 喷雾两相流场数值计算的方法  100
    5.3.2 喷雾对温度场的影响  100-105
      5.3.2.1 喷雾量对温度场的影响  100-103
      5.3.2.2 喷水温度对温度场的影响  103-105
  5.4 喷雾降温经验公式的拟合  105-107
  5.5 人体热应力计算  107-108
  5.6 本章小结  108-110
  主要符号对照表  110-111
  参考文献  111-112
第六章细水雾对狭长空间非常温环境降温效果的实验研究  112-137
  6.1 引言  112
  6.2 实验原理及相似准则的筛选  112-114
    6.2.1 相似准则的筛选  112-113
    6.2.2 模型比例尺的确定  113-114
  6.3 实验系统的组成  114-117
    6.3.1 喷雾降温实验段  115
    6.3.2 高温烟气系统  115-116
    6.3.3 喷雾系统  116
    6.3.4 通风系统  116-117
  6.4 测量系统  117-120
    6.4.1 温度的测量  117-120
    6.4.2 空气及烟气流量的测量  120
  6.5 实验仪器的标定  120-122
    6.5.1 水银温度计的标定  120-121
    6.5.2 T型热电偶的标定  121-122
    6.5.3 K型热电偶的标定  122
  6.6 实验结果及分析  122-131
    6.6.1 断面温度分布规律  123-124
    6.6.2 喷雾方式的影响  124-128
      6.6.2.1 喷雾方式对断面温度分布的影响  124-125
      6.6.2.2 喷雾方式对断面平均温度的影响  125
      6.6.2.3 喷雾方式对热湿交换效率的影响  125-126
      6.6.2.4 喷雾方式对空气相对湿度的影响  126-127
      6.6.2.5 喷雾方式对空气含湿量的影响  127-128
      6.6.2.6 喷雾方式对空气焓值的影响  128
    6.6.3 喷雾压力的影响  128-131
      6.6.3.1 喷雾压力对断面温度分布的影响  128-129
      6.6.3.2 喷雾压力对断面平均温度的影响  129
      6.6.3.3 喷雾压力对热湿交换效率的影响  129-130
      6.6.3.4 喷雾压力对空气相对湿度的影响  130-131
      6.6.3.5 喷雾压力对空气含湿量的影响  131
  6.7 实验与数值计算结果的对比  131-133
    6.7.1 喷雾前气相流场实验与模拟结果的对比  131-132
    6.7.2 喷雾两相流场实验与模拟结果的对比  132-133
  6.8 本章小结  133-135
  主要符号对照表  135-136
  参考文献  136-137
第七章细水雾对狭长空间周围壁面冷却作用的理论分析及数值模拟  137-154
  7.1 引言  137-138
  7.2 含雾空气与高温壁面传热的数学描述  138-139
  7.3 数理方程的求解  139-148
  7.4 细水雾对狭长空间周围壁面冷却作用的数值模拟  148-149
  7.5 本章小结  149-151
  主要符号对照表  151-153
  参考文献  153-154
第八章结论及展望  154-160
  8.1 主要工作  154-155
  8.2 主要结论  155-157
  8.3 本文创新之处  157-158
  8.4 课题展望  158-160
致谢  160-161
个人简历在读期间发表的学术论文与研究成果  161-162

细水雾特性及其在狭长空间降温效果的研究

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