空化水射流清洗系统的设计及数值模拟研究

发布时间：2020-06-26 13:20

【摘要】：当液流内局部压力低于相应温度下该液体的饱和蒸气压强时,会出现空化现象。空化泡溃灭会产生巨大的冲击力,释放出很高的能量。将空化引入水射流技术可以显著提高射流的冲击力,增强其清洗、破碎等能力。目前,对于空化水射流技术的研究日渐增加,它作为一种新型水射流,拥有工作压力低、射流冲击压力强、环保节能等优点,具有十分广阔的应用前景。但目前对空化水射流的研究还有许多欠缺,射流喷嘴的具体结构参数也有待进一步的优化。本论文在对空化水射流相关技术了解的基础上,首先完成了一整套应用空化射流清洗技术的系统设计,该系统包含高压装置、供水系统、空化喷嘴与试验台架4个部分。接着以优化喷嘴结构为目标,通过改变角形喷嘴与收缩管形喷嘴几何参量与工作环境参量,利用ICEM CFD软件划分网格,运用Mixture模型与RNG k-ε模型,设置初始参数与边界条件,利用FLUENT软件进行数值模拟计算。分析计算得到的相关数据、云图与曲线,得出结论发现:当出口扩散角为30°、入口收缩角为13.5°、直径为1.6mm时,角形喷嘴具有最佳空化效果;当喷嘴入口压力增大,喷嘴空化效果明显变好;当工作水深在0米至10米范围内增加时,喷嘴空化效果在一定程度上变差;相同工况下,角形喷嘴的空化效果要优于收缩管形喷嘴。最后,用结构优化后的喷嘴搭建空化水射流实验平台,进行铝板、锈板和沥青板的清洗实验,初步检验清洗效果。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB490
【图文】：

示意图,收缩扩张,空化现象,管内

空化水射流清洗技术在清洗机理、防腐层保护、效率和能耗清洗技术更加明显的优势，因此也将拥有更加广阔的应用空进行深入研发和应用研究，也必将产生广泛的经济效益[17]象产生机理产生是由于液态流体内局部压力低于相对应温度下该液体汽化引起的微气泡（或称为气核）爆发性生长[18]。普通液体（比如固体微粒、微生物和微气泡等）的混合物，所谓的气约在 20μm 以下的微气泡。当液体内部压强降低到对应温度核便开始膨胀生长，生成空化气泡。但是当空泡外部环境压气压强时，空化气泡又会溃灭[19]。

示意图,空蚀,示意图,空化

液体内部由于压力降低而发生的液体和蒸汽泡的初生过程，是突然而不剧烈的，而对应突发性。由于空泡的溃灭过程所需的时间极间内就可以完成整个溃灭过程，这种突发性当大量的空泡反复溃灭，这种瞬时的高压便，能够对壁面产生一定的破坏作用，这种破蚀是空化溃灭过程对材料的破坏，是空化产意图。

【参考文献】