多直射式喷嘴喷射成膜数值模拟研究

来源 :中国民航大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yaomingjc
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平板冲击射流是基础研究和工业应用中一种常见的流动方式。其中多直射式喷嘴喷射成膜尤为重要,广泛出现在多个领域,例如航天工程中的液体推进剂的雾化和水力工程中的高水头泄水。然而由于实验难度较大,数值模拟能有效节省实验资源和精准控制变量,因而越来越多的应用在该领域的研究中。又由于两相流的流动情况复杂,对网格密度要求大,通常两相流数值模拟计算量繁重。因此,本文首先采用了一种定常三维数值模拟方法,对射流撞击平板成膜的最终铺展形态进行了还原和研究。在此基础上本文结合非定常三维计算,进一步完善了多直射喷嘴喷射成膜的流动细节。本文首先对气液两相流基础理论和模型进行了梳理,并详细介绍了VOF(Volume of Fluid)模型。VOF模型适用于多相不相融流体的流动计算,并与大多湍流模型相容,适用于后续多直射式喷嘴喷射成膜数值模拟研究。之后对几何计算域构建、网格加密方法进行分析,通过网格无关性验证与分析,选定了适用的网格划分方式。然后选定了合适的湍流模型,并将数值模拟结果与实验结果进行对比,确立了适用的三维数值模拟方法。本文结合定常三维数值模拟方法和非定常数值模拟方法,进行了大量计算,分析了射流角度、射流速度、动力粘度、表面张力、喷嘴间距和不同工质对多股射流成膜的影响。其中:随着射流速度的增大,同一位置的雷诺切应力幅值也会增加,但是雷诺切应力均会在上喷流区域衰减为零;随着入射角度的增加,上喷流的出现位置将逐渐外移,上喷流的最大高度也会逐渐降低;随着张力系数的增加,上喷流的出现位置将逐渐內移,上喷流的最大高度逐渐降低;而动力粘度对上喷流区域有着和液相堆积区一样的影响机理,高粘性流体生成的上喷流更高;液膜区进行交汇的液膜会产生飞溅情况,而在液相堆积区进行交汇的液膜则更加平滑;航空煤油相对于水所形成的液膜更短、更宽,其最终汇聚的液束也更宽。
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