氣固兩相圓柱繞流的直接數(shù)值模擬和肋條彎管抗磨機(jī)理的數(shù)值試驗(yàn)研究.pdf

1、浙江大學(xué)博士學(xué)位論文氣固兩相圓柱繞流的直接數(shù)值模擬和肋條彎管抗磨機(jī)理的數(shù)值試驗(yàn)研究姓名：姚軍申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：博士專業(yè)：工程熱物理指導(dǎo)教師：樊建人岑可法20020501散特征。它決定了顆粒在流場中心軸線附近區(qū)域的擴(kuò)散機(jī)理，顯然，它與混合層中渦團(tuán)間相互作用，顆?！罢郫B(fold)”式擴(kuò)散機(jī)理不同。此外，在第一部分研究中對(duì)較高雷諾數(shù)(Re=1000)圓柱近壁尾跡的擬序結(jié)構(gòu)的進(jìn)行探索性研究，獲得了在實(shí)驗(yàn)中難以清楚觀察到的近壁流動(dòng)特征。在本文第二部

2、分研究中，針對(duì)工程中出現(xiàn)的彎管磨損嚴(yán)重的問題，本文作者提出了一種新型的抗磨彎管一肋條彎管，它是將具有一定截面幾何形狀的肋條按一定間距分布在直角彎管內(nèi)20?！?0。的外側(cè)壁上。實(shí)驗(yàn)證明該彎管具有明顯的抗磨效果。該部分研究旨在運(yùn)用數(shù)值試驗(yàn)的方法澄清其抗磨機(jī)理。本部分?jǐn)?shù)值計(jì)算分兩步進(jìn)行，先對(duì)氣流場采用歐拉法進(jìn)行數(shù)值模擬，再用拉格郎日法對(duì)顆粒進(jìn)行跟蹤。在已有實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行大量的數(shù)值計(jì)算，計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合很好。求解貼體坐標(biāo)系中的時(shí)均N—S方

3、程，運(yùn)用二階七嵋湍流模型研究彎管三維氣相流場。研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，與光滑彎管相比，肋條彎管軸向中一11主流的速度要高，它加大了主流區(qū)顆粒的輸送能力。另一方面，在相鄰肋條間存在著比較穩(wěn)定的回流區(qū)，它如同一個(gè)滾動(dòng)的氣流軸承，改變了近壁處顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡；同時(shí)，該回流區(qū)內(nèi)氣流的速度明顯小于主流中心區(qū)的流速，能夠吸收進(jìn)入近壁處顆粒運(yùn)動(dòng)的能量起到“空氣墊”的作用。由此可見，肋條彎管內(nèi)部流場的特征決定了它將具有抗磨效應(yīng)。在跟蹤彎管內(nèi)部顆粒運(yùn)動(dòng)時(shí)，分別統(tǒng)計(jì)決定

4、磨損大小的兩個(gè)重要物理量：顆粒碰撞壁面的速度和角度。將肋條彎管和光滑彎管的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，肋條彎管中顆粒碰撞壁面(包括肋條)的速度明顯小于光滑彎管中顆粒碰撞壁面的速度：肋條彎管中顆粒碰撞壁面(包括肋條)的角度也比光滑彎管中顆粒碰撞壁面的角度明顯得到改善。它從根本上解釋了肋條彎管具有抗磨效果的原因。此外，運(yùn)用數(shù)值計(jì)算的優(yōu)勢(shì)，獲得了一些實(shí)驗(yàn)中不便得到的肋條彎管磨損特征，如：肋條彎管中彎管壁面的磨損依然占據(jù)主要地位和肋條彎管內(nèi)磨損