基于非定常微射流控制的圓湍射流數(shù)值模擬研究.pdf

1、圓湍射流在大自然和工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域普遍存在，因此，多年來(lái)有很多對(duì)湍射流控制的研究。其中增加混合率是一個(gè)重要的研究熱點(diǎn)，比如通過增加混合率實(shí)現(xiàn)化石燃料的充分燃燒，減少二氧化碳，有毒氣體及PM2.5的排放；通過增加混合率實(shí)現(xiàn)快速擴(kuò)散降溫；通過增加混合率降噪等等。而對(duì)此非定常微射流控制是一種非常有效的手段。
　　本文借助開源C++庫(kù)OpenFOAM搭建了基于非定常微射流控制的圓湍射流（Re=8000）數(shù)值模擬平臺(tái)，并結(jié)合商業(yè)軟件Ansys

2、Fluent模擬結(jié)果對(duì)比分析了帶噴嘴和無(wú)噴嘴幾何模型、四種網(wǎng)格劃分方案以及湍流模型對(duì)無(wú)微射流情況的圓湍射流流場(chǎng)結(jié)果的影響，進(jìn)一步與射流實(shí)驗(yàn)結(jié)果做了對(duì)比，驗(yàn)證了本文所建立平臺(tái)的可靠性。在此基礎(chǔ)上，研究了微射流激勵(lì)頻率和質(zhì)量流率對(duì)圓湍射流混合特性增強(qiáng)的物理機(jī)制，揭示了微射流控制下的湍射流早期演變過程。
　　數(shù)值模擬研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)兩只非定常微射流作用時(shí)，在質(zhì)量流率Cm一定的情況下射流速度衰減率K隨著激勵(lì)頻率的增加呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì)，當(dāng)微射

3、流激勵(lì)頻率與射流大渦主頻比值為1時(shí)，速度衰減率達(dá)到最大值，此時(shí)射流混合增強(qiáng)效果最為明顯。在我們所研究的質(zhì)量流率范圍內(nèi)，質(zhì)量流率為0.66％時(shí)對(duì)應(yīng)著射流混合效果最好。
　　根據(jù)Q準(zhǔn)則識(shí)別的流場(chǎng)渦結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)Cm<0.25%，微射流融入管流剪切層；當(dāng)Cm>0.33%時(shí)，微射流穿破剪切層，并在出口處與渦環(huán)直接作用；當(dāng)mC=4.1%時(shí)微射流對(duì)撞，并反向發(fā)展分裂，一部分結(jié)構(gòu)在下游與渦環(huán)相互作用。這解釋了微射流質(zhì)量流率變化對(duì)射流強(qiáng)化混合的影響