液相下空化冲击对微细颗粒的破碎作用研究

发布时间：2020-05-08 09:27

【摘要】：大规模制备微细颗粒的传统机械破碎法中,如球磨、搅拌磨等,由于微细颗粒结团的现象难以克服,致使颗粒的粒径减小到一定程度后不再继续减小,存在着粉磨极限。液相环境下的空化作用一方面可以缓解微细颗粒团聚,另一方面空化泡溃灭产生的高频高速微射流可以带动颗粒撞击刚性壁面,使微细颗粒进一步破碎,实现超微细粉体的机械法制备,对超微细粉体的大规模制备具有重要的理论研究价值和指导意义。首先,对液相环境下的微细颗粒破碎条件进行理论分析,通过实验测定影响微细颗粒破碎条件的一个重要因素—分形维数D,得到不同粒径的微细颗粒冲击壁面发生破碎时的最小速度值,且对应速度值随颗粒粒径的减小而增大。其次,通过FLUENT流体仿真软件分析无量纲距离(γ)、空化泡半径(R)及环境围压(P_∞)三个重要因素对空化泡溃灭过程及空化微射流冲击刚性壁面时速度变化的影响,仿真结果表明:越靠近壁面的空化泡,溃灭时对壁面的冲击作用越大;在环境围压和近壁面距离不变的前提下,空化泡半径的大小对溃灭微射流冲击壁面时的速度影响不大,但随着环境围压的增大,空化效果显著增强。最后,基于数值仿真的分析结果,设计并制作一套超声空化微细颗粒破碎试验装置,通过设计3因素3水平的正交试验方案,分析浆液浓度、超声频率及介质数量对超声空化颗粒破碎效果的影响,实验结果表明:超声空化强度以及微细颗粒的破碎效果随着超声频率及浆液浓度的增大而减小;介质的存在可以增大流场中壁面的面积,增强空化微射流裹挟颗粒撞击介质表面形成破碎,但过多的介质会影响超声的传导,降低超声空化的颗粒破碎效果。提出了一种利用空化作用的微细颗粒破碎方法,给出了空化泡溃灭过程仿真的有效方法;设计了一种超声空化微细颗粒破碎试验装置,为空化射流应用于微细颗粒破碎的工业化生产提供了重要的工程指导意义。
【图文】：

空化,低压区,作用时间,气核

图 2-1 空化产生与空化核、作用时间及低压区之间的关系压力的降低，空化初生首先从空化气核开始，随着气微气泡。液相中压力升高时，气泡又开始缩小，被压溃生可以归结为空化气核的平衡问题。方面是因为其中含有大量的微气泡，另一方面是因为悬浮在液体中且处于平衡状态，则泡内外压力的平衡02vp pRσ= ；压力；力；面的曲率半径；寸比较大时，由于浮力的存在很快就会上浮到液面最压强会很大，，气核内部的气体在极大压强下将溶解在

求解过程,空化泡

浙江工业大学硕士学位论文（学术型）2.5 近壁面空化泡溃灭仿真计算方法近壁面单空化泡溃灭数值仿真的描述如下：考虑在刚性壁面附近有一空化泡，泡内压强为饱和蒸汽压 2340Pa，初始形状为球形，环境围压为 P∞，利用欧拉两相流方法求解空化泡溃灭过程，主相为水（液态），次相为水（蒸气）。利用 Fluent 流体仿真软件对近壁面空化泡溃灭过程进行求解，控制方程、相界面捕捉方法见 2.3 及 2.4 小节。求解过程如图 2-2。
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.3

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