环隙型水力空化器的流体力学特性研究与数值模拟

发布时间：2020-09-24 06:19

　　 水力空化现象是指液体内局部压力降低至相应温度下该液体的饱和蒸气压时,液体内部或液固交界面上蒸汽或气体空穴(空泡)的形成、发展和溃灭过程。空泡溃灭时会形成高温、高压以及微射流等极端物理条件。利用空泡溃灭时释放的大量能量,水力空化应用在废水处理、强化工业过程等领域。本文研究一种阻流体式环隙型水力空化发生器,与传统的文丘里管和孔板发生器相比,环隙型水力空化器能够大幅提高处理量,并且能使空化发生区域面积大大增加。计算流体力学(CFD)技术的迅速发展,为人们研究水力学问题提供了一个新思路。本文使用CFD软件FLUENT对环隙型水力空化器内部的空化流场进行数值模拟,分析研究了结构参数、操作参数、物性参数对空化效果的影响,并对内轴形状进行了优化分析,此外还对二级阻流内轴环隙型水力空化器结构参数对空化效果的影响进行了分析,所得主要结论如下:(1)不同形状的内轴对空化器内高气含率区域分布的范围有显著影响,其中球形内轴空化器高气含率区域范围最大。(2)对环隙型水力空化器内轴形状进行优化能够显著提高空化器发生空化的效果,且优化后的锥形内轴空化器空化发生效果最强。(3)环隙率的大小对空化产生效果影响很大,在本次研究中环隙率β=0.28的空化器模型空化发生效果最优。(4)扩张型外腔能够提高空化器发生空化的效果,而收缩型外腔会抑制空化器发生空化的效果。(5)进口压力一定时,背压的升高会抑制空化效应的产生;流体温度的升高可以增强空化效应;空化器壁面粗糙高度的增加不利于空化的发生;当流体的初始气含量很低时,空化汽相平均体积分率随着初始气含量的升高而增大,但当流体中初始气含量增大到某一范围时,空化汽相平均体积分率又随初始汽化量的增高而减小。(6)对于二级阻流内轴环隙型水力空化器,两级阻流体的间距与最大直径对空化效应有重要的影响,阻流体之间间距过大与过小均会减弱空化效应;第一级阻流体最大直径大于第二级阻流体最大直径的空化器模型能够产生较强的空化现象。
【学位单位】：天津科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB126
【部分图文】：

：当流体中某一处压力降低至液体的饱和蒸气的空泡出现，并且边界层还没有出现明显的分初始空化阶段。逡逑：当流体中低压区压力值降低至液体饱和蒸气压扩大，空泡便继续的发展并且持续存在，但这时上，因此称该阶段为附体空化阶段。逡逑阶段：随着空化数进一步地降低，流体在流动白雾状，该阶段为云状空化阶段。逡逑段：流体中低压区压强再进一步降低，并且低在不断发展，到达空泡发展最后一个阶段，即灭逡逑程及其复杂，研宄表明空泡溃灭时能够产生瞬，并且形成局部５０ＭＰａ以上的高压，此外还伴以上的微射流＠１。因此，空泡溃灭产生的高温、反应、废水处理、杀毒消菌等化工和环境等领哪！■申【．Ｋ？？射逡逑

为了能够更精确的反映出空化器内部的流场，采用三维结构网格划分方案，运用逡逑专业网格划分软件Ａｎｓｙｓ邋Ｉｃｅｍ对计算区域进行空间六面体网格划分，并且对环隙处网逡逑格进行局部加密处理，以锥形形内轴空化器为例，网格划分结果如图４－２所示。逡逑压力出ｕ逡逑壁面逡逑图４－２锥形内轴环隙型空化器网格划分图逡逑Ｆｉｇ．邋４－２邋Ｍｅｓｈ邋ｍａｐ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｃｏｎｅ－ｓｈａｐｅｄ邋ｉｎｎｅｒ邋ｓｈａｆｔ邋ｄｅｖｉｃｅ逡逑４．１．２计算结果与分析逡逑图４－３为三种环隙型水力空化器发生空化现象时中间截面的压力分布云图。从图逡逑中可以看出水流经过由内轴最大直径与外腔组成的环隙时，由于节流的原因，会在环逡逑隙后方产生一定范围的低压区，节流的作用致使水流速度与压降急剧增大，从而产生逡逑了低压区。低压区的形成为流体发生空化提供了先决条件。随着流体的流动，空化器逡逑１６逡逑

ｃ逡逑ａ＿圆锥形内轴空化器；ｈ梨形内轴空化器；ｃ一球形内轴空化器逡逑图４－１环隙型水力空化器结构示意逡逑Ｆｉｇ．邋４－１邋Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋Ａｎｎｕｌｕｓ邋Ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ邋Ｄｅｖｉｃｅ逡逑为了能够更精确的反映出空化器内部的流场，采用三维结构网格划分方案，运用逡逑专业网格划分软件Ａｎｓｙｓ邋Ｉｃｅｍ对计算区域进行空间六面体网格划分，并且对环隙处网逡逑格进行局部加密处理，以锥形形内轴空化器为例，网格划分结果如图４－２所示。逡逑压力出ｕ逡逑壁面逡逑图４－２锥形内轴环隙型空化器网格划分图逡逑Ｆｉｇ．邋４－２邋Ｍｅｓｈ邋ｍａｐ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｃｏｎｅ－ｓｈａｐｅｄ邋ｉｎｎｅｒ邋ｓｈａｆｔ邋ｄｅｖｉｃｅ逡逑４．１．２计算结果与分析逡逑图４－３为三种环隙型水力空化器发生空化现象时中间截面的压力分布云图。从图逡逑中可以看出水流经过由内轴最大直径与外腔组成的环隙时，由于节流的原因，会在环逡逑隙后方产生一定范围的低压区，节流的作用致使水流速度与压降急剧增大，从而产生逡逑了低压区。低压区的形成为流体发生空化提供了先决条件。随着流体的流动，空化器逡逑１６逡逑

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本文编号：2825425