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矩形窄流道内气泡破裂及弹状流数值模拟
| 论文题名： | 矩形窄流道内气泡破裂及弹状流数值模拟 |
| 关键词： | 船舶系统;蒸发冷凝设备;换热系统;矩形窄流道;气泡破裂;弹状流特性;数值模拟 |
| 摘要： | 船舶在运动过程中，难免遇到海风海浪的影响，使船体受到各种各样的摇摆和倾斜作用的影响，从物理本质上来讲，归结这些影响可以认为是受到了一些不平衡力的作用。为了研究这些作用力对船舶系统蒸发冷凝设备换热的影响，从而强化换热和保证换热的安全性，对矩形窄流道内气泡的破裂影响因素和弹状流特性的研究就有着更加深远的意义。 本文在CFD商业软件Fluent平台下，基于VOF(VolumeofFluid)模型，从气泡破裂的力平衡机理出发，研究了在竖直矩形窄流道内，单个气泡受到附加惯性力作用下的变形破裂情况。研究发现，通过定义和观察气泡破裂点处速度和气泡破裂时的颈部最短距离，来描述表面张力、附加惯性力大小及初始形状对气泡破裂的影响是合理的。气泡破裂的机理来源于局部受力不平衡，导致破裂处液体对气泡较大的射流作用，射流先是沿着破裂方向发展到一定程度就会沿着气泡拉伸的方向发展，最后出现气泡的破裂。同时还发现，表面张力、附加惯性力和初始形状对气泡的破裂有很大影响，它们直接影响流体对气泡的射流作用，最终可能导致气泡破裂的发生。 同时，本文也对矩形窄流道中垂直、摇摆及倾斜三种条件下泰勒气泡形状及气泡周围壁面切应力及液膜特性进行了研究。研究发现，液体质量流速、最大摇摆角度及倾斜角度对泰勒气泡的形状、速度、壁面切应力及液膜特性有着重要的影响；壁面切应力在气泡长度方向上不断变大，直到进入尾流区，由于强烈的涡旋作用，壁面切应力产生强烈的无规则变化。同时，研究发现矩形流道中截面上壁面切应力大于对角截面上壁面切应力，这是由于中截面和对角截面上不同粘度造成的。再次，通过对泰勒气泡周围的液膜特性的研究，发现液膜的轴向速度分布，直接影响着壁面切应力的分布，液膜轴向速度变化越大，形成的下降液膜就越长，表明壁面切应力变化相应也越大。由于壁面切应力和壁面传质特性有着重要的关系，特别是对于传热元件的对流换热有着直接的影响，这些研究就显得格外重要。 |
| 作者： | 张文志 |
| 专业： | 动力工程及工程热物理 |
| 导师： | 潘良明 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆大学 |
| 学位年度： | 2011 |
| 正文语种： | 中文 |
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