空化撞击流场压力波动特性研究
发布时间：2021-04-09 09:59
空化撞击流是一种新颖的流场结构,具有高效的宏观混合、微观混合及强烈的压力波动等特性。为揭示空化撞击流场的压力波动规律及其影响因素,本文借助自行研发的空化撞击流反应器,分别从理论分析、数值模拟、实验研究三个方面,研究了空化撞击流场的压力波动特性。是空化撞击流技术开发和应用的基础工作。本文首先通过理论分析,建立了空化撞击流的物理和数学模型,将流体看作是由无数流体微团组成,分别得到了微团的运动轨迹方程、速度函数和压力分布函数,为空化撞击流场压力波动特性的研究提供了理论依据。接着对空化撞击流场进行了数值模拟,模拟结果显示撞击面上流体的速度为零,压力为最大值;撞击中心存在一个长轴为20mm,短轴为10mm的椭圆形高压撞击区,此区域的大小不随撞击速度发生改变,流场内的压力值沿着此区域向外逐渐减小。最后通过实验研究,建立了一套完整的空化撞击流场压力波动测量装置,首次采用高精度压力传感器和动态信号分析系统,测量了反应器内流场在不同流量下不同位置处压力波动的振幅和频率。通过对测量得到的振幅进行分析,结果表明流场内以撞击中心为几何中心,存在一个边长约为10mm的立方体空化撞击区,此区域内压力振幅较大。当流...
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
撞击流原理图
沈阳工业大学硕士学位论文10图1.2空化撞击流场示意图Fig.1.2Flowfielddiagramofcavitationimpingingstream空化撞击流最初的构思是应用于废水处理领域，在废水降解中的优势[31]：1）空化发生时，产生的瞬时高温会将一部分污染物分解，同时空化产生的自由基又可以与废水中的部分有机污染物结合，将污染物降解为小分子无害物质；2）在空化撞击流中存在许多没有溃灭的空泡，这些空泡在撞击区域内受到碰撞、挤压、剪切等相互作用时，体积较大的空泡有可能被分裂成许多小空泡，增强了流场的空化程度，进而加强了氧化反应，使废水中的污染物得以更好的氧化降解；3）两股相向撞击的液体会在撞击区发生剧烈的相互作用，导致压力不断变化，为空化的发生提供了良好的条件，撞击区内压力的不断波动可以使空化一直持续，空化效应因此得以持续和放大。同时空泡溃灭瞬间产生的冲击波和微射流又会为撞击区强烈的湍动提供能量。二者相辅相成，对于促进反应动力学过程十分有利；4）撞击流的微观混合特性可以使空化效应产生的·OH在反应器内迅速扩散，增加了·OH自由基与有机污染物分子间的碰撞次数和几率，从而缩短了废水中有机污染物氧化降解所需时间。（2）空化撞击流发展概况自空化撞击流这一概念提出后李福宝和李勤教授及其团队进行了一系列的相关研究：李勤、王会林[32]通过对自行研发的空化撞击流反应器内部流场进行模拟计算，得到反应器内部流场分布情况，流场呈“镜像”分布，在撞击面上，轴向速度接近到零，压力达到最大值。初步确定撞击区是一个椭球体，其长轴与短轴正
沈阳工业大学硕士学位论文16图2.1微团运动轨迹图Fig.2.1Tracediagramofmicroclustermovement2.2数学模型建立数学模型是利用数学逻辑和语言相互结合建立起来的科学或工程模型。合格的数学模型应满足两个条件：一是模型的可靠性，二是模型的可解性。模型的可靠性和可解性通常是不能够同时满足的，在建立数学模型时，首先要对模型进行合理的假设使得模型满足可解性，只有模型可解才能进行可靠性研究。本论文首先利用流体力学中流体质点的概念，对所研究的空化撞击流模型进行假设，将空化水射流看做由无数流体微团组成，取单个流体微团进行研究，以单个流体的运动状态来代表整个流常再通过水弹性理论，将流体微团的运动假设为围绕着撞击面具有粘性阻尼的受迫振动，对单个流体微团进行受力分析，最后用达朗贝尔原理进行振动系统的动力学约束。2.2.1基本假设撞击流场是一个极其不稳定的流场，为便于研究，引入下列假设：（1）流场为连续的均匀场，无速度、压力梯度，忽略重力影响；（2）流体不可压缩，即=const；（3）将第一次进入撞击区的两股射流看做连续相，即到达撞击面之前速度保持不变；（4）流体微团可以看做是球体；（5）实际上，实验中空化撞击流场分为许多不同的区域，有平推流、全混流、循环流等。所以，本章建立的数学模型有一定的限制条件，仅能说明特定条件下的流场分布规律。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于撞击流—射流空化效应的羟自由基制备工艺优化[J]. 任晓敏,黄永春,杨锋,黄承都. 食品与机械. 2018(06)
[2]一种基于联合工艺的新型压裂返排液处理方法研究[J]. 陈畅,舒雪琴,胡泽文. 当代化工. 2016(10)
[3]波粒二象性[J]. 赵凯华. 物理教学. 2016(09)
[4]撞击流混合器微观混合性能的研究[J]. 李友凤,叶红齐,何显达,吴超,韩凯,刘辉. 高校化学工程学报. 2012(01)
[5]液体连续相撞击流强化过程特性及相关技术装备的研发和应用[J]. 伍沅,周玉新,郭嘉,袁军. 化工进展. 2011(03)
[6]工业废水处理方法及研究进展[J]. 杨志勇. 科技经济市场. 2011(02)
[7]污水处理技术的方法原理、问题与发展趋势[J]. 夏邦天,邹斌,赵罡,周伟华. 中国科技信息. 2010(05)
[8]撞击流反应器微观混合性能的研究[J]. 李崇,李志鹏,高正明,周英建,黄家琪. 北京化工大学学报(自然科学版). 2009(06)
[9]撞击流结晶器中磷酸氢二钠结晶成长速度[J]. 周玉新,伍沅,包传平. 化学工程. 2007(12)
[10]撞击流反应器中搅拌特性研究[J]. 包传平,陈斌,伍沅,潭涛,于绪平,刘碧. 医药工程设计. 2007(03)
硕士论文
[1]指数型非粘滞阻尼模型参数识别的理论与试验研究[D]. 王禹.哈尔滨工业大学 2017
[2]空化撞击流强化有机废水处理过程的机理研究[D]. 李晓白.沈阳工业大学 2016
[3]空化撞击流微电解处理高浓度有机废水的研究[D]. 张晓光.沈阳工业大学 2015
[4]空化撞击流化学反应动力学特性研究[D]. 沙嵬.沈阳工业大学 2014
[5]空化撞击流技术特性研究[D]. 蔺涛.沈阳工业大学 2013
本文编号：3127421
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
撞击流原理图
沈阳工业大学硕士学位论文10图1.2空化撞击流场示意图Fig.1.2Flowfielddiagramofcavitationimpingingstream空化撞击流最初的构思是应用于废水处理领域，在废水降解中的优势[31]：1）空化发生时，产生的瞬时高温会将一部分污染物分解，同时空化产生的自由基又可以与废水中的部分有机污染物结合，将污染物降解为小分子无害物质；2）在空化撞击流中存在许多没有溃灭的空泡，这些空泡在撞击区域内受到碰撞、挤压、剪切等相互作用时，体积较大的空泡有可能被分裂成许多小空泡，增强了流场的空化程度，进而加强了氧化反应，使废水中的污染物得以更好的氧化降解；3）两股相向撞击的液体会在撞击区发生剧烈的相互作用，导致压力不断变化，为空化的发生提供了良好的条件，撞击区内压力的不断波动可以使空化一直持续，空化效应因此得以持续和放大。同时空泡溃灭瞬间产生的冲击波和微射流又会为撞击区强烈的湍动提供能量。二者相辅相成，对于促进反应动力学过程十分有利；4）撞击流的微观混合特性可以使空化效应产生的·OH在反应器内迅速扩散，增加了·OH自由基与有机污染物分子间的碰撞次数和几率，从而缩短了废水中有机污染物氧化降解所需时间。（2）空化撞击流发展概况自空化撞击流这一概念提出后李福宝和李勤教授及其团队进行了一系列的相关研究：李勤、王会林[32]通过对自行研发的空化撞击流反应器内部流场进行模拟计算，得到反应器内部流场分布情况，流场呈“镜像”分布，在撞击面上，轴向速度接近到零，压力达到最大值。初步确定撞击区是一个椭球体，其长轴与短轴正
沈阳工业大学硕士学位论文16图2.1微团运动轨迹图Fig.2.1Tracediagramofmicroclustermovement2.2数学模型建立数学模型是利用数学逻辑和语言相互结合建立起来的科学或工程模型。合格的数学模型应满足两个条件：一是模型的可靠性，二是模型的可解性。模型的可靠性和可解性通常是不能够同时满足的，在建立数学模型时，首先要对模型进行合理的假设使得模型满足可解性，只有模型可解才能进行可靠性研究。本论文首先利用流体力学中流体质点的概念，对所研究的空化撞击流模型进行假设，将空化水射流看做由无数流体微团组成，取单个流体微团进行研究，以单个流体的运动状态来代表整个流常再通过水弹性理论，将流体微团的运动假设为围绕着撞击面具有粘性阻尼的受迫振动，对单个流体微团进行受力分析，最后用达朗贝尔原理进行振动系统的动力学约束。2.2.1基本假设撞击流场是一个极其不稳定的流场，为便于研究，引入下列假设：（1）流场为连续的均匀场，无速度、压力梯度，忽略重力影响；（2）流体不可压缩，即=const；（3）将第一次进入撞击区的两股射流看做连续相，即到达撞击面之前速度保持不变；（4）流体微团可以看做是球体；（5）实际上，实验中空化撞击流场分为许多不同的区域，有平推流、全混流、循环流等。所以，本章建立的数学模型有一定的限制条件，仅能说明特定条件下的流场分布规律。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于撞击流—射流空化效应的羟自由基制备工艺优化[J]. 任晓敏,黄永春,杨锋,黄承都. 食品与机械. 2018(06)
[2]一种基于联合工艺的新型压裂返排液处理方法研究[J]. 陈畅,舒雪琴,胡泽文. 当代化工. 2016(10)
[3]波粒二象性[J]. 赵凯华. 物理教学. 2016(09)
[4]撞击流混合器微观混合性能的研究[J]. 李友凤,叶红齐,何显达,吴超,韩凯,刘辉. 高校化学工程学报. 2012(01)
[5]液体连续相撞击流强化过程特性及相关技术装备的研发和应用[J]. 伍沅,周玉新,郭嘉,袁军. 化工进展. 2011(03)
[6]工业废水处理方法及研究进展[J]. 杨志勇. 科技经济市场. 2011(02)
[7]污水处理技术的方法原理、问题与发展趋势[J]. 夏邦天,邹斌,赵罡,周伟华. 中国科技信息. 2010(05)
[8]撞击流反应器微观混合性能的研究[J]. 李崇,李志鹏,高正明,周英建,黄家琪. 北京化工大学学报(自然科学版). 2009(06)
[9]撞击流结晶器中磷酸氢二钠结晶成长速度[J]. 周玉新,伍沅,包传平. 化学工程. 2007(12)
[10]撞击流反应器中搅拌特性研究[J]. 包传平,陈斌,伍沅,潭涛,于绪平,刘碧. 医药工程设计. 2007(03)
硕士论文
[1]指数型非粘滞阻尼模型参数识别的理论与试验研究[D]. 王禹.哈尔滨工业大学 2017
[2]空化撞击流强化有机废水处理过程的机理研究[D]. 李晓白.沈阳工业大学 2016
[3]空化撞击流微电解处理高浓度有机废水的研究[D]. 张晓光.沈阳工业大学 2015
[4]空化撞击流化学反应动力学特性研究[D]. 沙嵬.沈阳工业大学 2014
[5]空化撞击流技术特性研究[D]. 蔺涛.沈阳工业大学 2013
本文编号：3127421
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