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《燕山大学》 2016年
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旋流喷嘴雾化特性的仿真与实验研究

张光通  
【摘要】:旋流喷嘴作为喷嘴的一种常用结构形式,因其相对于其它单流体喷嘴而言具有结构简单、能源消耗少、雾化效果较好等特点,在环保、化工及消防等多种领域得到广泛的应用。本文针对一种旋流喷嘴,对喷嘴内部结构进行改变调整,通过激光多普勒相位分析仪(PDPA)及计算流体动力学(CFD)仿真软件Fluent对喷嘴进行雾化特性实验及数值模拟分析研究。本文主要研究内容如下:(1)以激光多普勒相位分析仪(PDPA)作为测试基础对原喷嘴进行雾化特性实验,测试的雾化特性主要包括雾角、射程、雾滴粒径以及雾滴速度。实验方案主要包括测试旋流喷嘴不同水压下的雾化特性、不同截面的物化雾化特性及同一截面上不同位置的雾化特性。(2)利用测量显微镜以及奥林巴斯激光共聚焦显微镜等精密测量仪器对原喷嘴进行尺寸测量,通过SolidWorks三维软件对原旋流喷嘴进行三维建模,再通过Gambit软件对喷嘴流场进行网格划分,最后利用Fluent仿真软件进行数值模拟旋流喷嘴的稳态及瞬态雾化情况。分析对比旋流喷嘴仿真及实验数据,确定正确的仿真方法。(3)以正确仿真方法作为基础,通过正交试验优化方法分析影响旋流喷嘴雾化效果的三种结构参数,选出最优喷嘴结构组合,利用Fluent对优化后喷嘴进行雾化仿真,将仿真结果同原喷嘴仿真结果进行对比,通过对比结果,确定优化方案正确性。
【关键词】:旋流喷嘴 数值模拟 雾化特性 正交试验 结构参数优化
【学位授予单位】:燕山大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TH69;O35
【目录】:
  • 摘要5-6
  • ABSTRACT6-10
  • 第1章 绪论10-20
  • 1.1 课题研究背景10
  • 1.2 喷嘴介绍10-12
  • 1.3 旋流喷嘴研究的国内外现状12-19
  • 1.4 课题主要研究内容19-20
  • 第2章 旋流喷嘴雾化理论20-30
  • 2.1 引言20-21
  • 2.2 旋流喷嘴雾化机理21
  • 2.3 旋流喷嘴雾化特性21-24
  • 2.3.1 雾化距离22
  • 2.3.2 雾化角22
  • 2.3.3 雾滴粒径22-23
  • 2.3.4 雾滴速度23
  • 2.3.5 影响雾化特性因素23-24
  • 2.4 喷嘴特性研究的主要方法24-29
  • 2.4.1 实验研究24-26
  • 2.4.2 数值模拟研究26-29
  • 2.5 本章小结29-30
  • 第3章 旋流喷嘴雾化特性实验及结果分析30-42
  • 3.1 实验系统介绍30-33
  • 3.1.1 喷嘴雾化实验台30-31
  • 3.1.2 实验设备31-33
  • 3.2 实验方案33-35
  • 3.2.1 喷雾射程33
  • 3.2.2 稳定截面33-34
  • 3.2.3 雾化角34
  • 3.2.4 雾化分布情况数据34-35
  • 3.3 雾化特性实验数据处理及分析35-40
  • 3.3.1 喷雾射程实验分析35
  • 3.3.2 稳定截面实验分析35-36
  • 3.3.3 雾化角实验分析36-37
  • 3.3.4 雾化分布情况实验分析37-40
  • 3.4 本章小节40-42
  • 第4章 旋流喷嘴雾化特性的模拟仿真42-59
  • 4.1 旋流喷嘴实体三维模型及流场模型42-44
  • 4.1.1 喷嘴内部结构尺寸测量42-43
  • 4.1.2 绘制实体三维模型及内外部流场模型43-44
  • 4.2 旋流喷嘴雾化特性数值模拟44-49
  • 4.2.1 喷嘴内外流场网格划分44-45
  • 4.2.2 边界条件设定45-46
  • 4.2.3 喷嘴数值模拟46-48
  • 4.2.4 模拟结果的后期处理48-49
  • 4.3 旋流喷嘴雾化特性数值模拟结果分析及对比49-57
  • 4.3.1 喷嘴射程模拟结果分析及对比49-50
  • 4.3.2 稳定截面模拟结果分析及对比50-51
  • 4.3.3 雾化角模拟结果分析及对比51-52
  • 4.3.4 雾化分布情况模拟结果分析及对比52-57
  • 4.4 本章小结57-59
  • 第5章 旋流喷嘴结构优化研究59-74
  • 5.1 正交试验法方案设计59-61
  • 5.1.1 正交试验法简介59-60
  • 5.1.2 设计喷嘴参数试验正交表60-61
  • 5.2 试验结果极差分析61-66
  • 5.2.1 旋流喷嘴射程极差分析62-63
  • 5.2.2 旋流喷嘴雾化角极差分析63-64
  • 5.2.3 旋流喷嘴雾滴粒径极差分析64-65
  • 5.2.4 旋流喷嘴雾滴速度极差分析65-66
  • 5.3 试验结果方差分析66-69
  • 5.4 旋流喷嘴最优结构组合雾化特性分析69-72
  • 5.4.1 最优结构参数组合的选定69-70
  • 5.4.2 优化前后喷嘴雾化性能对比70-72
  • 5.5 本章小结72-74
  • 结论74-76
  • 参考文献76-80
  • 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果80-81
  • 致谢81

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