混凝土仓面喷雾系统喷雾优化的数值模拟

作     者：张高超 

作者单位：华北电力大学(北京) 

学位级别：硕士

导师姓名：张华

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 0815[工学-水利工程] 081503[工学-水工结构工程] 

主      题：喷雾系统 键合图 变间距布置 压强 SMD 

摘      要：在水利工程施工的过程中,关于混凝土仓面喷雾是一项十分重要的工作。混凝土喷雾降温的过程中,喷雾系统管路的水头损失会导致沿管道所布置的喷嘴入口压强有较大的差异,从而影响整体喷雾的效果,因此研究如何提高喷雾系统管路压强分布的均匀性,对水利工程施工有着重要的意义。论文的主要研究内容如下:(1)喷雾系统管路压强动态特性的研究。以水气二相流喷雾系统中高压输水管路为研究对象进行研究,首先,采用功率键合图方法建立了高压输水管路的一维数学模型,根据键合图理论推导出系统的状态方程,采用Simulink模块化程序框图,对系统状态方程进行求解,并将数值模拟结果与理论解作对比,验证了模型的准确性。(2)喷雾系统喷嘴布置优化方案研究。根据管路系统键合图模型的数值模拟结果,分析了管路系统动态压强的变化特征,得到了均匀布置下管路不同位置喷嘴入口压强均匀度,根据喷嘴喷雾机理,提出了两种变间距布置优化方案,通过设置不同计算工况,计算出均匀布置和变间距布置下的不同喷嘴处的入口压强动态变化曲线。根据压强方差、不均匀系数以及均匀度等标准参数对不同优化方案的可靠性进行分析,结合喷雾角度和最大喷雾距离,确定出最佳方案。(3)研究不同布置方式下喷雾系统的喷雾特性。建立了混凝土喷雾系统三维数学模型,采用欧拉—拉格朗日模型对喷雾场进行数值模拟,针对喷嘴布置方式,以及喷嘴入口压强的不同,对雾滴特征直径和雾滴空间分布等雾化特性的影响进行分析。结果表明:增加喷嘴的个数可以使喷雾的空间分布更加集中,同时在不同的布置方式下,雾滴的SMD(Sauter Mean Diameter)也随布置方式的变化而波动,优化布置方案的液膜厚度减小,并且在仓面上沿中轴线分布更均匀。从多方面因素分析可以得出,喷嘴优化方案中等差分布的效果较好。