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同流中热水浮射流的数值模拟及试验研究
作 者: 孙玉贤
导 师: 王颖;张志昌
学 校: 西安理工大学
专 业: 水力学及河流动力学
关键词: 同流 浮射流 紊流数学模型 数值模拟 模型试验
分类号: TV131.6
类 型: 硕士论文
年 份: 2009年
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内容摘要
浮射流是常用的排污方式,近年来,许多学者对此进行了研究,取得了一批成果,但对于同流中的浮力射流,目前研究成果较少,其试验成果目前尚未看到报道。本文采用三维RNGκ-ε浮射流紊流模型和物理模型试验,研究了同流环境中热水浮射流的水力特性,研究表明,对于单孔浮射流,温度最大点的轨迹线随距离的增大而上浮;随着位置高度的增加,等值线图的起点后移,并逐渐发展成马蹄形。在横断面上,射流不断与周围环境流体发生卷吸、掺混,使得温度分布逐渐变得均匀,等温线逐渐稀疏,温度等值线从初始的圆形逐渐变为肾形。三孔浮射流的数值模拟表明,三孔射流的出流状态为,每股射流自喷嘴出射后先保持单股自由紊动射流的流动特性,在交汇前每股射流的温度场相互不影响,交汇后相邻两股射流互相混掺,温度场相互影响。三孔射流有相互吸附的效应,两边孔射流受吸附的作用,向中孔射流靠拢。射流温度的变化梯度随距离的增加而减小,随流速比的增大而增大。在射流出口附近的温度变化梯度很大,随着距离的增加,温度变化梯度逐渐减小;断面射流温度的计算表明,高温水流自孔口射出后温度沿程衰减,其截面形状逐渐完成了由三个圆向“W”形再向“运动场”型的转变。模型试验表明,射流的速度和温度在x轴方向的变化,都是射流自孔口射出后先急剧衰减,射流出口附近的衰减梯度很大,随着距离的增加,衰减梯度逐渐减小,直至和环境流体的速度、温度相同,单孔射流和三孔射流在不同工况下的速度和温度沿y、z方向上的变人都具有相似性,近似呈正态分布模型试验结果和数值模拟结果对比认为,浮射流的速度、温度在三个坐标轴上的分布规律基本上是一致的,其计算结果和实测结果也较为符合。
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全文目录
摘要 3-4 Abstract 4-8 1 绪论 8-20 1.1 概述 8-9 1.2 射流的研究现状 9-12 1.2.1 射流概述 9 1.2.2 射流的类型 9-10 1.2.3 紊动射流的特性 10-11 1.2.4 研究现状 11-12 1.3 浮射流的研究方法 12-18 1.3.1 量纲分析法 12-14 1.3.2 动量积分方程法 14-16 1.3.3 微分方程法 16-18 1.4 本文的研究内容及技术路线 18-20 1.4.1 研究内容 18 1.4.2 技术路线 18-20 2 数学模型的建立及控制方程的离散 20-34 2.1 紊流数值模拟方法 20-25 2.1.1 直接数值模拟法 20 2.1.2 大涡模拟法 20-21 2.1.3 雷诺时均方程法 21-25 2.2 浮射流紊流模型的建立 25 2.3 控制方程的通用形式 25-26 2.4 近壁条件的处理 26-30 2.4.1 壁面函数法 26-28 2.4.2 低雷诺数k-ε模型 28-30 2.5 使用有限体积法离散方程 30-32 2.5.1 有限体积法的简介 30 2.5.2 有限体积法的基本原则 30-31 2.5.3 方程的离散 31-32 2.6 基于交错网格下的SIMPLE算法 32 2.7 本章小结 32-34 3 同流中热水浮射流的数值模拟及结果分析 34-52 3.1 FLUENT简介 34-36 3.1.1 GAMBIT软件简介 34-35 3.1.2 FLUENT软件简介 35 3.1.3 TECPLOT软件简介 35-36 3.2 模型的选定 36 3.3 网格的划分 36-39 3.3.1 网格的划分和坐标系统的定义 36-38 3.3.2 一些参数的说明及求解问题的边界条件处理 38-39 3.4 对计算结果的分析 39-51 3.4.1 单孔温度特性的数值模拟 39-42 3.4.2 三孔射流温度特性的数值模拟 42-48 3.4.3 三孔流速场的数值模拟 48-50 3.4.4 单孔射流扩展半厚度 50-51 3.5 本章小结 51-52 4 同流中热水浮射流的试验研究及对比验证 52-73 4.1 引言 52 4.2 试验装置 52-56 4.2.1 热水箱系统 53-54 4.2.2 转子流量计 54 4.2.3 数字温度计 54-55 4.2.4 水槽结构 55-56 4.3 试验测量结果 56-71 4.3.1 试验工况 56 4.3.2 单孔试验成果分析 56-62 4.3.3 三孔试验成果分析 62-64 4.3.4 单孔射流轴线上速度、温度的实测结果与计算结果对比验证 64-69 4.3.5 三孔射流中孔轴线上速度、温度的实测结果与计算结果对比验证 69-71 4.4 本章小结 71-73 5 结论与建议 73-75 致谢 75-76 参考文献 76-80 附录 80
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中图分类: > 工业技术 > 水利工程 > 水利工程基础科学 > 水力学 > 水力理论、计算、实验 > 水工试验
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