非恒定流條件下淹沒射流特性數(shù)值模擬研究.pdf

1、淹沒射流是流體運動的一種重要類型，它廣泛的存在于工程實際中，如水墊塘的淹沒射流消能、船閘的輸水系統(tǒng)、利用淹沒射流沖砂和清洗物料等等。但是在淹沒射流中，特別是在非恒定流條件下，流體運動狀態(tài)復(fù)雜，影響因素較多，淹沒射流的特性不明確，因此，對非恒定流條件下淹沒射流特性的研究具有重要的學(xué)術(shù)意義，同時對解決工程應(yīng)用中存在的問題具有指導(dǎo)作用。
　　本文以研究非恒定流條件下淹沒射流特性為目的，建立了對應(yīng)的單支孔數(shù)學(xué)模型，通過將數(shù)值模擬得到的計算

2、結(jié)果與帕尼、拉賈拉南研究的矩形形狀支孔產(chǎn)生的壁面射流實測值進(jìn)行比較，來驗證所建立數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性與合理性，確保所建立模型的準(zhǔn)確性。通過驗證可知，數(shù)值模擬計算結(jié)果與壁面射流實測值基本一致，相對誤差控制在2％以內(nèi)，說明模擬值與實測值兩者吻合較好。在驗證數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性與合理性的前提下，運用紊流計算軟件Fluent，并采用水氣兩相流的VOF模擬自由表面，使用RNG k-ε紊流模型進(jìn)行數(shù)值模擬，選擇符合實際的孔間距和模型寬度，在不同的入射流速、

3、不同的淹沒水深和支孔間的不同間距情況下進(jìn)行計算和分析，主要得到了以下結(jié)論:
　　①根據(jù)單支孔模擬計算，并對計算結(jié)果進(jìn)行分析可知，支孔出流工況靠近支孔的流場結(jié)構(gòu)分為射流核心區(qū)、剪切層區(qū)、近邊界剪切層區(qū)、上部低流速區(qū)等四個部分。不同射流流速對流場結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生一定的影響，流速越大，核心射流區(qū)域越大，相應(yīng)的近邊界剪切層區(qū)越小。
　　②根據(jù)雙支孔模擬計算，并對計算結(jié)果進(jìn)行分析可知，雙支孔射流時，受水流之間的相互作用，在射流入口區(qū)域流體相

4、互作用明顯，流體明顯混合，流速越大，兩流體混合時間越短。同時各截面核心射流區(qū)域最大流速與距離底部的高度呈四次方關(guān)系。
　　③通過對雙支孔不同間距模型的計算分析可知，支孔間距對水槽流體結(jié)構(gòu)存在較大的影響，支孔間距越大，兩流體相互作用越小，體現(xiàn)在流體流速上，截面流速分布越不均勻，影響水槽水流的平穩(wěn)性;支孔間距越小，兩流體之間的相互作用越強(qiáng)，流體動能耗散越大，流體流速趨于平穩(wěn)的時間越短。表明，在支孔射流中盡量采用小間距布置射流孔，這有利