基于OpenFOAM的非牛頓液體圓射流破碎的數(shù)值研究.pdf

1、非牛頓液體射流破碎問題廣泛存在于實(shí)際工程應(yīng)用中，如發(fā)動(dòng)機(jī)、食品工程及化學(xué)工業(yè)等方面。由于非牛頓液體具有復(fù)雜多樣的流變特性，加之射流破碎屬于多相流問題，涉及自由表面的流動(dòng)穩(wěn)定性，從而很大程度上加大了該問題的難度。目前對(duì)射流破碎的機(jī)理還沒有形成系統(tǒng)全面的認(rèn)識(shí)。鑒于問題的復(fù)雜性以及應(yīng)用的廣泛性，對(duì)于非牛頓液體射流破碎問題的研究成為一個(gè)亟待解決的研究課題。
　　 本文從冪律型非牛頓流體的原始物性特征出發(fā)，結(jié)合流體力學(xué)基本方程，推導(dǎo)出了相

2、應(yīng)的適合冪律型非牛頓流體圓射流的本構(gòu)方程和控制方程，建立了三維空間和一維時(shí)間的數(shù)學(xué)模型和計(jì)算方法，通過CFD仿真計(jì)算研究射流破碎的形貌和特征，從而更全面地揭示冪律型非牛頓流體圓射流破碎的演化機(jī)理和運(yùn)動(dòng)規(guī)律。
　　 本文基于開源CFD平臺(tái)OpenFOAM，結(jié)合大渦模擬湍流模型(LES)，采用流體體積方法(VOF)以及基于PLIC的幾何重構(gòu)方法追蹤射流過程的自由表面，捕捉氣液界面的演化過程，獲得射流流場(chǎng)信息，進(jìn)而分析射流及環(huán)境參數(shù)對(duì)

3、射流形貌特征的影響。結(jié)果展現(xiàn)了剪切變稀型非牛頓液體從圓形噴嘴噴入靜止氣體的動(dòng)態(tài)發(fā)展過程，獲得了射流形貌特征。定義了圓射流的核心長(zhǎng)度、破碎長(zhǎng)度，并且給出了核心長(zhǎng)度以及破碎長(zhǎng)度隨時(shí)間的變化規(guī)律。討論了射流參數(shù)(射流速度、冪律指數(shù)、稠度系數(shù))以及環(huán)境參數(shù)(環(huán)境壓力、密度)對(duì)射流形貌、核心長(zhǎng)度和破碎長(zhǎng)度的影響，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較。同時(shí)分析了瞬時(shí)脈動(dòng)壓力場(chǎng)以及渦量場(chǎng)，發(fā)現(xiàn)在噴嘴附近氣液自由表面處有環(huán)形結(jié)構(gòu)。利用正則模方法，對(duì)不同射流工況下冪律流