离心式喷嘴流场特性的实验和模拟研究

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本文研究对象为海水淡化液体分布装置中的离心式喷嘴,为了探讨其在不同的实际操作参数和不同的出口尺寸结构参数的情况下,所呈现的喷嘴内部和外部不同的流场,而进行了相关的实验和数值模拟。参考相关的文献,对现有的离心式喷嘴进行实验设计并搭建实验台。整理相关实验数据得到结论:随着压力的增大,喷嘴流量也逐渐增大;一定高度范围内,喷嘴的喷淋半径范围随高度增加而增大,具有导流结构的喷嘴在中心处有最大喷淋密度,而中空离心式喷嘴中心处喷淋密度几乎为零,在接水盘中呈现环形水域;随着流量的增加条件喷淋角缓慢增大,出口平均喷淋角变化不大。为了详细了解其中的中空离心喷嘴内部的流动形态,本文使用FLUENT6.3软件中的VOF模型对其进行压力和喷淋角度方面的三维数值模拟。将模拟的结果与实验数据进行比较分析,验证了其模型选择的正确性,并得到结论:液体在旋流室内的不同位置,紧贴内壁的液膜厚度不同,由于中心低压以及旋转液膜的卷吸作用,对喷嘴出口处的大气形成抽吸,因此中心轴线附近会出现一个锥形的空气心,空气心半径越大,液膜越薄;x、y、z方向速度表明了液体在喷嘴内部的流动情况,且入口压力越大,出口速度也越大。对喷嘴出口扩散角,出口直管段直径以及出口直管段长度等尺寸结构进行改变,模拟得到结论如下:喷嘴出口扩散角越大,喷淋液锥角度越大,喷淋的范围也越大,但是喷淋距离则是随着喷嘴出口扩散角的增大而变小,综合考虑喷淋范围和喷距两个因素,并不是出口扩散角度越大越好,其存在一个最优值;扩散角度大,出口速度大小也变大;喷嘴中心轴线处空气心直径随着喷嘴出口直径的减小而变小,该处速度曲线有两个跃动,第一个跃动发生在刚进入喷嘴的位置,第二个跃动发生在喷嘴出口收缩段至出口扩张段;喷嘴出口直径越小,对喷嘴内接近出口处液体的加速作用越明显,出口截面上的径向速度越大;出口直管段长度会影响到出口处速度速度分布情况。
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