论文总字数：20752字

摘 要

本文研究汽油在平口喷嘴内特性的数值模拟，平口喷嘴是最简单也是最常用的喷嘴，首先简要介绍了平口喷嘴模型、喷雾技术、数值模拟技术及其基本计算步骤，总结出具体的模拟方法。通过Flunet软件对喷淋塔建立模型，再根据所建模型进行mesh网格划分，设置边界条件及喷嘴的参数进行数值模拟，分析温度云图、颗粒轨迹云图等，主要讨论了随着喷嘴直径、喷嘴质量流量、进口空气速度、管道长度四个参数的改变对喷雾冷却降温效果以及颗粒平均直径的影响。

经过数值模拟后，得到了以下结论：

1. 喷嘴直径从0.002m增加到0.0025m的过程中，喷雾降温冷却效果变差。同时颗粒平均直径逐渐变大。
2. 改变空气进口温度，从1m/s上升到2.5m/s的过程中，喷雾冷却效果变差，降温温差从44.8K降低到33K。差值为11.8K。
3. 随着喷嘴质量流量的增大，降温温差从43.2K上升到47K，喷雾冷却效果变好。
4. 当管道长度由0.002m增大到0.005m，喷雾冷却效果变好。

关键词：平口喷嘴 数值模拟 喷淋塔 喷雾冷却

Abstract

In this study,the numerical simulation of the characteristics of gasoline in the plain-orifice nozzle is mainly introduced. The plain-orifice nozzle is the simplest and most commonly used nozzle.First,the plain-orifice nozzle model,spray technology,numerical simulation technology and it’s basic calculation steps are briefly introduced,and the concrete simulation method is summarized.The model of the spray tower was established by Flunet software, and then the meshing was carried out according to the model. The boundary conditions and the parameters of the nozzle were numerically simulated. The temperature cloud and the particle trajectory were analyzed. The influence of four parameters such as nozzle diameter, nozzle mass flow rate, inlet air velocity and pipe length on spray cooling cooling effect and average particle diameter is mainly discussed.

After the numerical simulation, the following conclusions are obtained:

1. Nozzle diameter from 0.002m to 0.0025m in the process, the cooling effect of spray cooling worse. While the average diameter of the particles gradually becomes larger.

(2)When the air inlet temperature is changed from 1m/s to 2.5m/s, the spray cooling effect is deteriorated and the temperature drop is reduced from 44.8 K to 33 K. The difference is 11.8K.

(3)With the nozzle mass flow increases, the temperature difference from 43.2K rose to 47K, spray cooling effect improved.

(4)When the pipe length increased from 0.002m to 0.005m, the spray cooling effect becomes better.

Key Words: plain-orifice nozzle;numerical simulation;spray tower;spray cooling

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 2

1.1研究背景及意义 2

1.2平口喷嘴雾化模型 2

1.3雾化模型和计算方法 3

1.4喷雾技术应用 3

1.5数值模拟技术及商用软件Fluent介绍 3

1.6数值计算步骤 4

1.7喷雾冷却 4

1.8本课题的研究方法与手段 5

第二章 模型描述 7

2.1模型与参数 7

2.2流场与传热数值模拟方案 9

2.2.1方案目标 9

2.2.2计算方案 9

2.2.3湍流模型 9

2.2.4模型区域 10

2.2.5换热过程 10

2.3喷嘴冷却过程模拟与分析 11

2.3.1边界条件 11

2.3.2网格质量检查 11

第三章 喷淋塔设计说明 12

第四章 结果与讨论 13

4.1云图分析 13

4.2不同参数的影响 16

4.2.1喷嘴直径的影响 16

4.2.2空气进口速度的影响 21

4.2.3质量流量的影响 26

4.2.4管道长度的影响 32

第五章 结论 38

参考文献 39

致 谢 41

第一章 绪论

1.1研究背景及意义

21世纪以来，国家为了大力发展经济，出台了相应政策，使得经济显著提高，同时需求不断加大，人民生活水平也在显著提高，这就造成了能源消费方面消耗很大，使得环境污染十分严重；与此同时，大部分人类的保护环境意愿也在不断增强，呼吁改善环境现状，这促使政府加大力度出台相应政策来引导能源结构向节能环保型能源结构转变。燃油作为一种高效环保节能且清洁的能源，逐渐受到企业的重视，使得燃油锅炉有了很理想的前景。燃油锅炉加热器的作用是将锅炉燃烧用的燃油加热到适当温度以达到良好雾化的热交换器，雾化过程与本课题十分相似。雾化研究是一个经典永恒的研究重点，喷嘴供给能量，抑制流体的表面张力和粘性力，使流体破碎成细小的液滴，增大了比表面积，提高了传热传质效率^[1]。

1.2平口喷嘴雾化模型

平口喷嘴（plan-orifice atomizer）是最简单，同时也是使用很广泛的一种雾化器。在喷嘴内部液体经过加速，然后喷出，形成小的液滴。平口喷嘴可以分成三个不同的工作区域：单相区、空穴区以及回流区^[2]。这三个区域之间的转变十分迅速，并且会产生不同的喷雾状况。喷嘴内部结构及喷射条件决定射流速度、颗粒大小和喷射角度^[3-4]。

1.3雾化模型和计算方法

流体雾化过程是一个经典的课题，在清洗、除尘、脱硫、控制火灾爆发、喷雾降温以及液体燃料的雾化燃烧等方面都有着广泛的应用^[5]。近些年来数值模拟技术正在不断的发展，对雾化过程进行数值模拟已然成为一种新型的研究手段^[6-7]。建立平口喷嘴雾化模型，这个模型的建立主要是基于平口喷嘴内的空化现象^[8]。

1.4喷雾技术应用

热电厂

脱硫除尘、冷却塔喷淋、气体冷却、水塔冷却、烟气洗涤、消防灭火、污水处理等^[9]。

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