Numerical modeling of gas-liquid flows in a swirl nozzle

Julkaisun otsikon käännös: Neste-kaasuvirtausten numeerinen mallintaminen pyörresuuttimessa

Erkki Laurila

Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

Abstrakti

Tämä väitöskirja lukeutuu virtausmekaniikan tutkimusalaan. Työssä tutkitaan teollista ruiskutus- ja pisaroitumisprosessia laskennallisen virtausmekaniikan (CFD) menetelmin. Ruiskutuksessa esiintyvät kaksifaasivirtaukset mallinnetaan käyttäen hyväksi nestepinnan tarkan ratkaisun mahdollistavaa VOF-nestetilavuusmenetelmää. Uusiutuvien biomassapohjaisten polttoaineiden motivoimana työssä keskitytään korkean viskositeetin nesteisiin. Kyseisissä sovelluksissa polttoaineen pisaroituminen ja pisaroiden koko liittyy läheisesti palamisprosessin tehokkuuteen. Tarkemmin sanoen työssä tutkitaan nesteen ruiskutusta suurikokoisesta ja epäsymmetrisestä pyörresuuttimesta eri operointiolosuhteissa. Pyörresuuttimiin liittyvä aikaisempi tutkimus on keskittynyt lähinnä pienikokoisiin ja symmetrisiin suuttimiin. Sekä suuttimen sisäisiä virtausominaisuuksia että syntyvän nestekalvon hajoamista tutkitaan yksityiskohtaisilla numeerisilla simulaatioilla. Julkaisut I ja II keskittyvät matalan Reynoldsin luvun alueen (420 ≤ Re ≤ 5300) tarkasteluun. Kyseisellä parametrialueella suuttimen virtausominaisuuksista ja pääruiskutusparametreistä ei tähän asti ole ollut täyttä kokonaiskuvaa. Lisäksi julkaisussa II numeerisia tuloksia verrataan kokeellisiin tuloksiin. Julkaisussa III suutinvirtausta tutkitaan liittyen ruiskutustapauksiin, missä suuttimen sisällä on tilavuudeltaan merkittävä määrä kaasukuplia. Kyseisiä virtausolosuhteita ei ole aiemmin systemaattisesti tutkittu pyörresuuttimiin liittyen ja käyttäen numeerisia menetelmiä. Työn uutuusarvo syntyy korkean resoluution simulaatioiden soveltamisesta suurikokoisen pyörresuuttimeen tutkimiseen. Työn päätulokset ovat seuraavat. (1) Suuttimen sisäisen virtauksen rakenne ja virtausominaisuudet selitetään yksityiskohtaisesti. (2) Suuttimen ulkopuolelle muodostuvan nestekalvon ominaisuuksia tarkastellaan ja havaitut suihkutyypit luokitellaan Reynoldsin luvun funktiona. (3) Kaasukuplien vaikutusta suuttimen sisäiseen virtaukseen ja nestekalvon käyttäytymiseen tarkastellaan. Tämän ohella raportoidaan suuttimen pääruiskutusparametrit, kuten avautumiskulmat, purkauskerroin ja nestekalvon nopeus. Lisäksi työssä käytetyn numeerisen ratkaisumenetelmän soveltuvuus suutinsovelluksissa osoitetaan käyttäen hyväksi numeerisia herkkyystarkasteluja, standareja testitapauksia sekä kokeellista validointia.
Julkaisun otsikon käännösNeste-kaasuvirtausten numeerinen mallintaminen pyörresuuttimessa
AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
  • Aalto-yliopisto
Valvoja/neuvonantaja
  • Vuorinen, Ville, Vastuuprofessori
  • Järvinen, Mika, Ohjaaja
Kustantaja
Painoksen ISBN978-952-64-0378-6
Sähköinen ISBN978-952-64-0379-3
TilaJulkaistu - 2021
OKM-julkaisutyyppiG5 Artikkeliväitöskirja

Tutkimusalat

  • virtausmekaniikka
  • kaksifaasivirtaus
  • ruiskutus
  • pisaroituminen
  • pyörresuutin

Sormenjälki

Sukella tutkimusaiheisiin 'Neste-kaasuvirtausten numeerinen mallintaminen pyörresuuttimessa'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

Siteeraa tätä