细水雾特性及其在狭长空间降温效果的研究
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摘要
液体雾化是能源动力、航空航天、化工、农业以及环境工程等许多研究领域的一个重要课题。在雾化液体的喷嘴中，压力式喷嘴具有结构简单、雾化性能好、能耗低等诸多优点，在工程上被广泛地应用。在产生大量热量的狭长空间，用细水雾辅助降温不失为一种可行的方法。目前国内外有关细水雾降温的研究还比较少，为此本文针对细水雾的特性及其在狭长空间的降温效果进行了如下研究。
建立了液滴蒸发的数理模型，并对模型进行了求解，分析了液滴在空气中的蒸发寿命。通过实例求解得到了液滴蒸发时非稳态阶段所需的时间、液滴的温度及直径随环境温度的变化规律。应用有效薄膜理论，对细水雾降温的机理进行了分析。
研究了几种常用的压力式喷嘴的流量特性及雾化特性，分析了影响喷嘴特性的主要因素，研究发现：喷嘴特性主要受结构参数和运行参数的影响。首次拟合出了所研究喷嘴的流量关联式及雾化粒子直径的经验公式，并得到了它们的流量系数。研究了某种螺旋型喷嘴雾化粒子的直径随喷雾压力的变化规律，并得到了该种喷嘴的临界雾化压力值。
通过数值模拟研究了通风量、进风温度、热源强度及喷雾量的变化对狭长空间温度分布的影响规律，模拟的结果与实验的结果比较吻合，证明了模拟计算的准确性。模拟计算的结果显示，喷水温度对降温效果的影响甚微，可不予考虑。根据模拟计算的结果，拟合了狭长空间温度分布的经验公式。
对含雾气流沿无液膜覆盖的干平板湍流边界层的传热问题进行了理论分析及数值模拟。理论分析及模拟的结果均显示：在单相气流中喷加细水雾对壁面的冷却作用明显增强。
最后，关于进一步研究的方向进行了简要的讨论。
Liquid atomization is an important issue in many fields such as energy, power, aerospace, agriculture, chemical and environment engineering. In many kinds of liquid spray nozzles, pressure nozzle has been widely used in engineering for its advantages of simple structure, good atomization performance, low energy consumption and so on. In the case of long and narrow space where a great deal of heat producing, it is feasible to use fine mist as an assistant means to lower the temperature. Presently there are not many researches on this subject, in this way, this dissertation mainly studies on the characteristics of fine mist and its cooling effects in long and narrow space as follows:
First, mathe(?)atic and physical model of droplet evaporation is developed and solved. Droplet lifetime (evaporation time) in air is analyzed with the model. By calculating two examples, variation rule of unsteady-state time is obtained, as well as the variation rule of the temperature and diameter of droplet with the ambient temperature. The mechanism of fine mist cooling is analyzed based on the effective film theory.
The flow rate characteristic and the atomization performance of several common pressure nozzles are studied, and main factors influencing the nozzle's performance are analyzed. The conclusion shows that characteristics of nozzles in this kind are mainly depended on its dimension and operating parameters. Flow rate correlations formulas and experimental formulas of droplet diameters of these pressure nozzles are first regressed, and the flow rate coefficients of these nozzles are derived accordingly. The variation rules of droplet diameters with spray pressures of one kind of spiral nozzle are studied and the value of critical spray pressure of this nozzle is derived.
Rules of temperature distribution with ventilation volume, inlet air temperature, heat intensity and spray volume in long and narrow space are obtained through CFD simulation, and the simulation results are validated by experiment. According to
建立了液滴蒸发的数理模型，并对模型进行了求解，分析了液滴在空气中的蒸发寿命。通过实例求解得到了液滴蒸发时非稳态阶段所需的时间、液滴的温度及直径随环境温度的变化规律。应用有效薄膜理论，对细水雾降温的机理进行了分析。
研究了几种常用的压力式喷嘴的流量特性及雾化特性，分析了影响喷嘴特性的主要因素，研究发现：喷嘴特性主要受结构参数和运行参数的影响。首次拟合出了所研究喷嘴的流量关联式及雾化粒子直径的经验公式，并得到了它们的流量系数。研究了某种螺旋型喷嘴雾化粒子的直径随喷雾压力的变化规律，并得到了该种喷嘴的临界雾化压力值。
通过数值模拟研究了通风量、进风温度、热源强度及喷雾量的变化对狭长空间温度分布的影响规律，模拟的结果与实验的结果比较吻合，证明了模拟计算的准确性。模拟计算的结果显示，喷水温度对降温效果的影响甚微，可不予考虑。根据模拟计算的结果，拟合了狭长空间温度分布的经验公式。
对含雾气流沿无液膜覆盖的干平板湍流边界层的传热问题进行了理论分析及数值模拟。理论分析及模拟的结果均显示：在单相气流中喷加细水雾对壁面的冷却作用明显增强。
最后，关于进一步研究的方向进行了简要的讨论。
Liquid atomization is an important issue in many fields such as energy, power, aerospace, agriculture, chemical and environment engineering. In many kinds of liquid spray nozzles, pressure nozzle has been widely used in engineering for its advantages of simple structure, good atomization performance, low energy consumption and so on. In the case of long and narrow space where a great deal of heat producing, it is feasible to use fine mist as an assistant means to lower the temperature. Presently there are not many researches on this subject, in this way, this dissertation mainly studies on the characteristics of fine mist and its cooling effects in long and narrow space as follows:
First, mathe(?)atic and physical model of droplet evaporation is developed and solved. Droplet lifetime (evaporation time) in air is analyzed with the model. By calculating two examples, variation rule of unsteady-state time is obtained, as well as the variation rule of the temperature and diameter of droplet with the ambient temperature. The mechanism of fine mist cooling is analyzed based on the effective film theory.
The flow rate characteristic and the atomization performance of several common pressure nozzles are studied, and main factors influencing the nozzle's performance are analyzed. The conclusion shows that characteristics of nozzles in this kind are mainly depended on its dimension and operating parameters. Flow rate correlations formulas and experimental formulas of droplet diameters of these pressure nozzles are first regressed, and the flow rate coefficients of these nozzles are derived accordingly. The variation rules of droplet diameters with spray pressures of one kind of spiral nozzle are studied and the value of critical spray pressure of this nozzle is derived.
Rules of temperature distribution with ventilation volume, inlet air temperature, heat intensity and spray volume in long and narrow space are obtained through CFD simulation, and the simulation results are validated by experiment. According to
引文
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