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螺旋流-流体力学调研报告

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1、螺旋流,流体力学课程调研报告,目录,螺旋流的现象旋与涡的关系螺旋流的应用螺旋流应用中的研究,自然与工业中的螺旋流的现象,b.水里的漩涡,a.龙卷风,c.洗衣机内的旋转水流,e.飞机翼尖涡流,f.螺旋桨叶稍的尾迹涡,d.煤粉的旋流燃烧,如龙卷风，水中的漩涡，洗衣机中的水流，锅炉煤粉的旋流燃烧，飞机翼稍和螺旋桨叶稍引出的漩涡等,图1：生活与工程中的螺旋流现象,旋与涡的关系,流体的有旋与无旋流动定义流体力学中有旋与无旋的定义是看流体微团是否旋转（流体力学），要与旋转运动相区别！,流体的有旋与无旋流动判断旋度是否为零,旋,旋,流体力学中的旋流有旋流动，微观情况看流体微团是否旋转,流体的有旋与无旋流动判断旋度是否为零,现实中的旋流指的是螺旋流或者涡流螺旋流，宏观表现看气流的流动状况,煤粉的旋流燃烧,旋与涡的关系,涡,漩涡？,有旋流动一些概念：涡线、涡管，涡束，点涡,涡线定义：类似于流线，涡线是这样一条曲线，曲线上任意一点的切线方向与在该点的流体的涡量方向一致。,涡管:类似于流管，给定瞬时，在涡量场中，过任意封闭围线（不是涡线）上各点，做涡线所形成的管状表面，称为涡管。,x (

2、,) = (,) = (,),涡束是指涡管内的有旋流体,涡束半径趋于零的时候，涡束成为一条涡线。这种流动形式称为点涡。,有旋流动一些概念：点源，点汇，,点源：在无限大的平面上流体从一点沿径向均匀地向各个方向流出的流动,点汇：在无限大的平面上流体沿径向均匀地从向各个方向流入一点的流动,旋,有不一定会产生涡，涡中不一定有旋,旋与涡的关系,涡,漩涡？,涡中可以有旋，可以无旋,流体微团的旋转运动抵消,旋不形成涡,流体微团在某个方向上的旋转分量一致,旋形成涡,旋形成涡的一个例子,旋产生涡的情况二维螺旋流,有旋运动少是二维的。什么情况有旋流动至下是二维的？（柱对称）研究二维比较简单！,螺旋流=点汇+点涡（旋向相反）,+,=,螺旋流=点源+点涡,+,=,P：理论推导详见”流体力学，林建忠，chpter5”,在锅炉用的旋风燃烧室，离心喷油嘴和离心除尘器等设备中，流体沿圆周切向进入内周，最后从中央不断流出，这种流动这种流动可以看为点源和点涡的叠加。,螺旋流具体定义,螺旋流是指同时存在轴向及切向速度分量，且切向速度的作用不能忽略的流动形式。,1粘性：粘性带来剪应力使得流体产生螺旋流,造成螺旋流的原因有

3、以下几种,2流场的非正压性，,3质量力无势（比如科氏力）,螺旋流可分解成轴向流动与强制涡流，是涡线与流线重合的一种特殊流动。,螺旋流的应用,利用螺旋流冲刷作用来进行清洁洗衣机，洗菜流水线,旋流型屋顶自然通风器,旋流雾化（燃烧中使用）,旋流自吸泵,旋流除尘器,煤粉的旋流燃烧,螺旋流的应用重点例子：煤粉旋流燃烧（应用成熟）,为何使用旋流燃烧器？,燃煤锅炉排烟中NOx除了形成酸雨,破坏生态环境外,还会形成光化学烟雾,直接危害人类健康,目前仍在试验阶段, 粉尘浓度较高时,催化剂的再生工艺及循环水系统的设计还存在不少问题。,目前采用的NOx控制措施,改善燃烧技术,烟气净化技术,燃料脱氮技术,燃料脱氮很困难,各国对此技术刚刚开始研究。,烟气再循环技术。,低 NOx燃烧器技术,空气分级燃烧技术,燃料分级技术,最实用,应用更广泛,旋流燃烧器,还可以改变火焰外形和稳定火焰的重要手段,产生速度差，方向差和压力差，使风煤混合更为充分均匀，提高煤粉燃烧速率,螺旋流的应用重点例子：旋流燃烧转移到燃气轮机与航空发动机,Why ?,绿色航空要求,燃油经济性与低Nox排放,旋流燃烧器，利用螺旋流稳定火焰,热声震荡热声不稳定性机理研究,贫然降低温度，减少Nox排放，提高效率,旋流燃烧影响火焰稳定性，燃烧效率等，共振时候甚至会对机械结构造成巨大损坏！,相关机理还在研究,模型燃烧试验,理论,数值模拟,燃烧不稳定，背离正常当量比，容易吹熄,燃气轮机与航空发动机旋流燃烧模型燃烧试验两个经典模型,燃烧流场结构图,燃气轮机与航空发动机旋流燃烧模型燃烧试验环形结构,环形燃烧室,点火时火焰传播实验结果,点火时火焰传播数值模拟,模型燃烧试验视频,谢谢聆听,

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