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压力旋流喷嘴设计和实验研究

作　者: 王晓琦
导　师: 仇性启
学　校: 中国石油大学
专　业: 化工过程机械
关键词: 旋流喷嘴流量特性雾化特性 APV 数值模拟
分类号: X701.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 37次
引　用: 5次
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内容摘要

论文针对目前工业上所采用的压力旋流喷嘴未能有效系列化的问题,在查阅大量相关文献的基础上,设计了一系列不同结构的旋流喷嘴,并利用高速摄像系统和APV激光测试系统,对不同操作参数和结构参数下喷嘴的内外流场进行冷态实验,进而分析总结出压力旋流喷嘴的设计流程。实验得到如下结论:操作压力小于0.05MPa时,出口空心度与雾化锥角均随操作压力增加而明显增大;操作压力达到0.15MPa后,喷嘴达到稳定工作状态,出口空心度与雾化锥角均逐渐趋于稳定值。随喷嘴出口长度和出口直径增加,出口空心度增大趋势较为明显,但随旋流室锥角增加,出口空心度变化不大。出口长度增加使雾化锥角逐渐减小;出口直径增加使雾化锥角逐渐增大;而旋流室锥角对雾化锥角影响不明显。随出口长度和出口直径的增加,雾锥边缘液滴索太尔直径SMD变化不大,而中部液滴SMD逐渐减小。出口长度、出口直径和旋流室锥角的增加均使截面粒径跨度SPAN增加,但出口直径的影响最为明显。对实验数据进行不同格式的拟合分别得到:特征结构参数δ与出口空心度μ,出口旋流度S0与雾化锥角β正切值,以及特性结构参数ε与-200mm截面平均SMD的经验关系式。实验数据对旋流喷嘴设计和现场应用具有重要指导意义。为深化对旋流喷嘴内流场形态的认识,论文应用FLUENT 6.0软件对的其进行了三维数值模拟,并与实验结果进行比较验证了所选用计算模型的合理性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-19
  1.1 课题背景  10-11
  1.2 研究现状  11-17
    1.2.1 旋转射流流场研究现状  11-14
    1.2.2 旋流喷嘴应用现状  14-16
    1.2.3 激光测量技术发展现状  16-17
  1.3 研究内容  17-18
  1.4 研究路线  18-19
第2章旋流喷嘴内外流场理论分析  19-43
  2.1 内流场机理分析  19-26
    2.1.1 旋涡运动概述  19-20
    2.1.2 内流场速度分布  20-23
    2.1.3 内流场压力分布  23-25
    2.1.4 内流场的涡流性质  25-26
  2.2 外流场机理分析  26-36
    2.2.1 旋转射流概述  26-28
    2.2.2 液体雾化基本理论  28-32
    2.2.3 旋流雾化基本理论  32-36
  2.3 雾化质量评价  36-43
    2.3.1 雾化质量衡量标准  36-40
    2.3.2 雾化质量影响因素  40
    2.3.3 旋流喷嘴雾化特性影响因素  40-43
第3章实验设计  43-55
  3.1 压力旋流喷嘴设计  43-44
  3.2 实验设计  44-46
    3.2.1 实验装置  44-45
    3.2.2 实验方法  45
    3.2.3 实验步骤  45-46
  3.3 测量技术  46-48
    3.3.1 504KC 高速摄像仪  46
    3.3.2 APV 测试系统  46-48
  3.4 APV 测试系统设计过程  48-55
    3.4.1 光学结构设计  48-51
    3.4.2 控制参数设计  51-52
    3.4.3 FIND 软件参数设计  52-55
第4章旋流喷嘴内流场特性分析  55-65
  4.1 内流场空气心特性  55-62
    4.1.1 空气心形成与发展  55-58
    4.1.2 结构参数对空气心形态影响  58-61
    4.1.3 特征参数δ与空心度μ关系  61-62
  4.2 确定稳定工作下出口流量系数  62-64
    4.2.1 流量系数理论公式推导  62-63
    4.2.2 实验测得流量系数与理论推导值对比  63-64
  4.3 小结  64-65
第5章旋流喷嘴外流场特性分析  65-83
  5.1 旋流喷嘴外流场特性分析  65-69
    5.1.1 操作压力对雾化锥角影响  65-66
    5.1.2 稳定工作下雾锥特征截面速度分布  66-68
    5.1.3 稳定工作下-200mm 工作截面粒径分布  68-69
  5.2 射流形态及破碎模式分析  69-73
    5.2.1 射流形态分析  69-70
    5.2.2 破碎模式分析  70-72
    5.2.3 Rayleigh 破碎模式特点  72-73
  5.3 结构参数对雾化特性影响  73-82
    5.3.1 对雾化角影响  73-76
    5.3.2 对平均雾化粒度的影响  76-78
    5.3.3 对粒径跨度的影响  78-82
  5.4 小结  82-83
第6章压力旋流喷嘴设计流程  83-88
  6.1 经验公式验证  83-87
    6.1.1 经验公式计算  83-84
    6.1.2 实验测量  84-87
  6.2 设计流程总结  87-88
第7章旋流喷嘴内流场数值模拟  88-101
  7.1 网格划分  88
  7.2 确定流动模型  88-94
    7.2.1 基本的湍流模型  88-92
    7.2.2 选择适合的两相流湍流模型  92-93
    7.2.3 定义边界条件  93-94
  7.3 方程离散及求解  94
  7.4 实验测量与模拟结果对比分析  94-96
    7.4.1 空气心形状对比  94-95
    7.4.2 出口速度分布对比  95-96
  7.5 旋流喷嘴内流场分析  96-100
    7.5.1 压力云图  97-98
    7.5.2 速度分布图  98-100
  7.6 小结  100-101
结论  101-103
  1 总结  101-102
  2 展望  102-103
参考文献  103-108
攻读硕士学位期间取得的学术成果  108-109
致谢  109

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