化学工程专业优秀论文化学工程专业优秀论文 液滴降落过程的数值研究液滴降落过程的数值研究关键词：液滴降落过程关键词：液滴降落过程 曳力系数曳力系数 传热传热 数值模拟数值模拟 流体力学流体力学摘要：颗粒一流体两相流广泛存在于工业过程中，如喷淋造粒、烟气除尘、喷 雾与流化干燥等。因该类过程影响因素众多、机理复杂，在相关的化工设计中， 多采用宏观的经验公式对传递参数进行估算，而忽略了微尺度条件的传递特性。 且经验公式多针对特定的物系和特定的操作范围，普适性较差。以此获得的工 艺参数与实际相比往往存在较大偏差，由此增加物能消耗，加重环境负担。其 中，喷淋造粒工艺的设计尤其需要颗粒形状变化规律以及运动规律的指导。在 国家清洁生产和节能降耗的要求下，如何以更准确的方式描述气液两相流的传 递特性，对于改进化工过程设计参数具有重要的理论和现实意义。 本研究针 对造粒塔喷淋造粒工艺的要求，采用计算流体力学方法对单液滴在气流中运动 过程的动力学和传递特性进行了数值模拟，以期为该工艺的设计提供基础数据。对液滴形态的模拟结果显示，液滴在逆流气流中运动发展经历了一个先拉伸 后收缩再拉伸的振动过程，最终成为一个稳定的近似圆球的形状；获得了液滴 在发展过程中拉伸和收缩状态时的压力场及流场信息；得到了液滴达到准稳态 时的形状及发生形变的条件，获得了准稳态液滴的形变参数及发生形变时的压 力场和流场的信息。模拟结果显示，进口气速的大小对液滴的形变影响不大。 通过对液滴所受曳力的数值模拟获得了 30lt;Relt;2000，0.01lt;Aclt;1.52 条件下，相间曳力 系数随 Re 数和 Ac 数的变化规律。发现在 30lt;Relt;500 范围内， 当气液相对速度随时间增大(dU/dtgt;0)时，液滴所受的曳力明显小于液 滴处于稳定运动(dU/dt=0)时所受到的曳力，两者之间的最大和最小相对偏差分 别为 33.1 和 16.8。采用 Colbum 类比律，由相间动量传递信息类比得出 了 Re 数在 30 至 500 范围内，Nu 数和 Sh 数在液滴加速过程中的变化规律。从 而获得了相际对流传热系数 h 和对流传质系数 klt;,cgt;的变化规 律。结果显示，相际对流传热系数 h 和对流传质系数 klt;,cgt;随 Re 数的增大而不断增大。 对高温水滴在常温逆流空气中的降落过程进行了 数值模拟。获得了高温液滴内部及其周围空气的温度场信息。模拟结果显示， 随着进口气速的增大，热边界层不断变薄，传热热阻减小，液滴的冷却速度加 快。正文内容正文内容颗粒一流体两相流广泛存在于工业过程中，如喷淋造粒、烟气除尘、喷雾 与流化干燥等。因该类过程影响因素众多、机理复杂，在相关的化工设计中， 多采用宏观的经验公式对传递参数进行估算，而忽略了微尺度条件的传递特性。 且经验公式多针对特定的物系和特定的操作范围，普适性较差。以此获得的工 艺参数与实际相比往往存在较大偏差，由此增加物能消耗，加重环境负担。其 中，喷淋造粒工艺的设计尤其需要颗粒形状变化规律以及运动规律的指导。在 国家清洁生产和节能降耗的要求下，如何以更准确的方式描述气液两相流的传 递特性，对于改进化工过程设计参数具有重要的理论和现实意义。 本研究针 对造粒塔喷淋造粒工艺的要求，采用计算流体力学方法对单液滴在气流中运动 过程的动力学和传递特性进行了数值模拟，以期为该工艺的设计提供基础数据。对液滴形态的模拟结果显示，液滴在逆流气流中运动发展经历了一个先拉伸 后收缩再拉伸的振动过程，最终成为一个稳定的近似圆球的形状；获得了液滴 在发展过程中拉伸和收缩状态时的压力场及流场信息；得到了液滴达到准稳态 时的形状及发生形变的条件，获得了准稳态液滴的形变参数及发生形变时的压 力场和流场的信息。模拟结果显示，进口气速的大小对液滴的形变影响不大。 通过对液滴所受曳力的数值模拟获得了 30lt;Relt;2000，0.01lt;Aclt;1.52 条件下，相间曳力 系数随 Re 数和 Ac 数的变化规律。发现在 30lt;Relt;500 范围内， 当气液相对速度随时间增大(dU/dtgt;0)时，液滴所受的曳力明显小于液 滴处于稳定运动(dU/dt=0)时所受到的曳力，两者之间的最大和最小相对偏差分 别为 33.1 和 16.8。采用 Colbum 类比律，由相间动量传递信息类比得出 了 Re 数在 30 至 500 范围内，Nu 数和 Sh 数在液滴加速过程中的变化规律。从 而获得了相际对流传热系数 h 和对流传质系数 klt;,cgt;的变化规 律。结果显示，相际对流传热系数 h 和对流传质系数 klt;,cgt;随 Re 数的增大而不断增大。 对高温水滴在常温逆流空气中的降落过程进行了 数值模拟。获得了高温液滴内部及其周围空气的温度场信息。模拟结果显示， 随着进口气速的增大，热边界层不断变薄，传热热阻减小，液滴的冷却速度加 快。 颗粒一流体两相流广泛存在于工业过程中，如喷淋造粒、烟气除尘、喷雾与流 化干燥等。因该类过程影响因素众多、机理复杂，在相关的化工设计中，多采 用宏观的经验公式对传递参数进行估算，而忽略了微尺度条件的传递特性。且 经验公式多针对特定的物系和特定的操作范围，普适性较差。以此获得的工艺 参数与实际相比往往存在较大偏差，由此增加物能消耗，加重环境负担。其中， 喷淋造粒工艺的设计尤其需要颗粒形状变化规律以及运动规律的指导。在国家 清洁生产和节能降耗的要求下，如何以更准确的方式描述气液两相流的传递特 性，对于改进化工过程设计参数具有重要的理论和现实意义。 本研究针对造 粒塔喷淋造粒工艺的要求，采用计算流体力学方法对单液滴在气流中运动过程 的动力学和传递特性进行了数值模拟，以期为该工艺的设计提供基础数据。 对液滴形态的模拟结果显示，液滴在逆流气流中运动发展经历了一个先拉伸后 收缩再拉伸的振动过程，最终成为一个稳定的近似圆球的形状；获得了液滴在 发展过程中拉伸和收缩状态时的压力场及流场信息；得到了液滴达到准稳态时 的形状及发生形变的条件，获得了准稳态液滴的形变参数及发生形变时的压力场和流场的信息。模拟结果显示，进口气速的大小对液滴的形变影响不大。 通过对液滴所受曳力的数值模拟获得了 30lt;Relt;2000，0.01lt;Aclt;1.52 条件下，相间曳力 系数随 Re 数和 Ac 数的变化规律。发现在 30lt;Relt;500 范围内， 当气液相对速度随时间增大(dU/dtgt;0)时，液滴所受的曳力明显小于液 滴处于稳定运动(dU/dt=0)时所受到的曳力，两者之间的最大和最小相对偏差分 别为 33.1 和 16.8。采用 Colbum 类比律，由相间动量传递信息类比得出 了 Re 数在 30 至 500 范围内，Nu 数和 Sh 数在液滴加速过程中的变化规律。从 而获得了相际对流传热系数 h 和对流传质系数 klt;,cgt;的变化规 律。结果显示，相际对流传热系数 h 和对流传质系数 klt;,cgt;随 Re 数的增大而不断增大。 对高温水滴在常温逆流空气中的降落过程进行了 数值模拟。获得了高温液滴内部及其周围空气的温度场信息。模拟结果显示， 随着进口气速的增大，热边界层不断变薄，传热热阻减小，液滴的冷却速度加 快。 颗粒一流体两相流广泛存在于工业过程中，如喷淋造粒、烟气除尘、喷雾与流 化干燥等。因该类过程影响因素众多、机理复杂，在相关的化工设计中，多采 用宏观的经验公式对传递参数进行估算，而忽略了微尺度条件的传递特性。且 经验公式多针对特定的物系和特定的操作范围，普适性较差。以此获得的工艺 参数与实际相比往往存在较大偏差，由此增加物能消耗，加重环境负担。其中， 喷淋造粒工艺的设计尤其需要颗粒形状变化规律以及运动规律的指导。在国家 清洁生产和节能降耗的要求下，如何以更准确的方式描述气液两相流的传递特 性，对于改进化工过程设计参数具有重要的理论和现实意义。 本研究针对造 粒塔喷淋造粒工艺的要求，采用计算流体力学方法对单液滴在气流中运动过程 的动力学和传递特性进行了数值模拟，以期为该工艺的设计提供基础数据。 对液滴形态的模拟结果显示，液滴在逆流气流中运动发展经历了一个先拉伸后 收缩再拉伸的振动过程，最终成为一个稳定的近似圆球的形状；获得了液滴在 发展过程中拉伸和收缩状态时的压力场及流场信息；得到了液滴达到准稳态时 的形状及发生形变的条件，获得了准稳态液滴的形变参数及发生形变时的压力 场和流场的信息。模拟结果显示，进口气速的大小对液滴的形变影响不大。 通过对液滴所受曳力的数值模拟获得了 30lt;Relt;2000，0.01lt;Aclt;1.52 条件下，相间曳力 系数随 Re 数和 Ac 数的变化规律。发现在 30lt;Relt;500 范围内， 当气液相对速度随时间增大(dU/dtgt;0)时，液滴所受的曳力明显小于液 滴处于稳定运动(dU/dt=0)时所受到的曳力，两者之间的最大和最小相对偏差分 别为 33.1 和 16.8。采用 Colbum 类比律，由相间动量传递信息类比得出 了 Re 数在 30 至 500 范围内，Nu 数和 Sh 数在液滴加速过程中的变化规律。从 而获得了相际对流传热系数 h 和对流传质系数 klt;,cgt;的变化规 律。结果显示，相际对流传热系数 h 和对流传质系数 klt;,cgt;随 Re 数的增大而不断增大。 对高温水滴在常温逆流空气中的降落过程进行了 数值模拟。获得了高温液滴内部及其周围空气的温度场信息。模拟结果显示， 随着进口气速的增大，热边界层不断变薄，传热热阻减小，液滴的冷却速度加 快。 颗粒一流体两相流广泛存在于工业过程中，如喷淋造粒、烟气除尘、喷雾与流 化干燥等。因该类过程影响因素众多、机理复杂，在相关的化工设计中，多采用宏观的经验公式对传递参数进行估算，而忽略了微尺度条件的传递特性。且 经验公式多针对特定的物系和特定的操作范围，普适性较差。以此获得的工艺 参数与实际相比往往存在较大偏差，由此增加物能消耗，加重环境负担。其中， 喷淋造粒工艺的设计尤其需要颗粒形状变化规律以及运动规律的指导。在国家 清洁生产和节能降耗的要求下，如何以更准确的方式描述气液两相流的传递特 性，对于改进化工过程设计参数具有重要的理论和现实意义。 本研究针对造 粒塔喷淋造粒工艺的要求，采用计算流体力学方法对单液滴在气流中运动过程 的动力学和传递特性进行了数值模拟，以期为该工艺的设计提供基础数据。 对液滴形态的模拟结果显示，液滴在逆流气流中运动发展经历了一个先拉伸后 收缩再拉伸的振动过程，最终成为一个稳定的近似圆球的形状；获得了液滴在 发展过程中拉伸和收缩状态时的压力场及流场信息；得到了液滴达到准稳态时 的形状及发生形变的条件，获得了准稳态液滴的形变参数及发生形变时的压力 场和流场的信息。模拟结果显示，进口气速的大小对液滴的形变影响不大。 通过对液滴所受曳力的数值模拟获得了 30lt;Relt;2000，0.01lt;Aclt;1.52 条件下，相间曳力 系数随 Re 数和 Ac 数的变化规律。发现在 30lt;Relt;500 范围内， 当气液相对速度随时间增大(dU/dtgt;0)时，液滴所受的曳力明显小于液 滴处于稳定运动(dU/dt=0)时所受到的曳力，两者之间的最大和最小相对偏差分 别为 33.1 和 16.8。采用 Colbum 类比律，由相间动量传递信息类比得出 了 Re 数在 30 至 500 范围内，Nu 数和 Sh 数在液滴加速过程中的变化规律。从 而获得了相际对流传热系数 h 和对流传质系数 klt;,cgt;的变化规 律。结果显示，相际对流传热系数 h 和对流传质系数 klt;,cgt;随 Re 数的增大而不断增大。 对高温水滴在常温逆流空气中的降落过程进行了 数值模拟。获得了高温液滴内部及其