论文部分内容阅读
横向流动条件下多孔水平动量射流是T型淹没式多孔扩散器中的一种典型的流动现象。本文在评述单孔射流和多孔射流研究现状及研究方法的基础上,使用激光诱导荧光(LIF)技术、粒子图像测速(PIV)技术和数值模拟相结合的方法观测和研究了横向流动条件下多孔水平动量射流的三维流动规律和合并、掺混特性。主要进行了以下的研究工作: 1、设计、组建了横向流动条件下多孔水平动量射流系统、激光诱导荧光浓度场测量系统和粒子图像测速系统,并结合每一项实验工作对实验过程中应注意的问题进行了讨论; 2、利用LIF、PIV测量系统对横向流动条件下多孔水平动量射流的浓度场和速度场进行了系统的测量,比较分析了不同工况下的实验结果,为紊流模型的验证和对横向流动条件下多孔水平动量射流三维流动规律物理背景的理解奠定了良好的基础; 3、基于计算流体动力学(CFD)商业代码—Fluent中的标准κ～ε模型和易实现κ～ε模型建立了数学模型,模型中整个计算区域由水槽和射流管组成,其网格剖分采用区域分解法,分别生成非均匀的结构化网格,各区域之间的信息交流采用滑动网格技术,控制方程的离散采用有限体积法,空间离散采用二次迎风插值QUICK近似方法,压力—速度耦合基于协调一致的求解压力耦合方程的半隐方法—SIMPLEC算法,并采用标准壁面函数法处理近壁区的流动; 4、结合文献[101]中的实验资料和前人的研究成果,分析了易实现κ～ε模型对横向流动条件下动量射流流场的预测能力较标准κ～ε模型略有改进的原因,而后利用易实现κ～ε模型对横向流动条件下多孔水平动量射流进行了数值模拟,通过与LIF和PIV实验结果的对比分析,验证了易实现κ～ε模型对模拟横向流动条件下多孔水平动量射流这类流动的可靠性和有效性; 5、对横向流动条件下多孔水平动量射流合并前的浓度和速度轨迹线进行了系统的研究,通过量纲分析和对实验、数值模拟结果的分析,提出了一个综合考虑射流动量、横向流速和多孔射流之间相互作用的动量长度尺度—基于平均横向有效流速的动量长度尺度l_m~*对射流浓度和速度轨迹线进行无量纲化,分别得到了射流浓度和速度轨迹线的统一表达式,即在对数坐标系下,在y/l_m<1(射流近区),所有射流的无量纲浓度和速度轨迹线y/l_m或y/l_m~*与下游距离x/l_m或x/l_m~*呈指数为1/2的指数关系,在y/l_m>1(射流远区),所有射流的无量纲浓度和速度轨迹线y/l_m或y/l_m~*与下游距离x/l_m或x/l_m~*呈指数为1/3的指数关系,而与射流与横流速度比、射流个数和射流位置无关;