基于FLUENT软件的水力空化数值模拟

发布时间：2017-03-23 12:24

  本文关键词：基于FLUENT软件的水力空化数值模拟，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：空化是由于液体中的局部低压(低于相应温度下该液体的饱和蒸汽压)使液体汽化而引发的微气泡(或称气核)爆发性生长现象。根据空化产生的方法一般可以分为四种类型:声空化,光空化,粒子空化和水力空化。其中,水力空化现象发生在很多场合,例如在有管径急剧变化的管道中和水力机械中。利用水力空化所形成的异乎寻常的高温、高压、强冲击波、高速微射流等极端条件,可以强化许多工艺过程。因此,水力空化在许多领域都具有广阔的应用前景。 随着计算流体力学(CFD)的发展,数值模拟技术以其高效、低成本、能适应多种可变因素等优势在越来越多的领域得到推广和应用。本文使用CFD软件FLUENT对文丘里管中的空化流场进行数值模拟,分析研究了操作参数、物性参数和结构参数对空化效应的影响,所得主要结果如下: (1)在FLUENT中,可以采用标准k-ε模型和空化泡动力学模型对文丘里管中的水力空化进行数值模拟; (2)当出口压力一定时,升高入口压力可以增强空化效应; (3)随着温度的升高,液体的饱和蒸汽压也随着增大,这有利于产生空化;而同时液体中溶解的气体含量则随着下降,这又限制了空化的发生;在40℃附近空化核心区汽含率最小,空化强度最弱; (4)液体的粘性对空化具有抑制作用,粘性越大空化强度越弱; (5)表面张力对空化的影响不明显; (6)当液体中初始含气量很小的时候,随着液体中初始含气量的增大,空化强度也随着增大;当液体中初始含气量增大到一定程度后,随着含气量的增大,空化强度则随着减小; (7)随着文丘里管内壁表面粗糙度的增大,管内空化核心区的汽含率也随着增大; (8)文丘里管的喉部直径、入口锥角和出口锥角对空化效应有着重要的影响。本文的计算结果为文丘里管的优化设计提供了依据。
【关键词】：水力空化 数值模拟 FLUENT 流场 文丘里管
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TQ019
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 引言10-11
• 1 文献综述11-28
• 1.1 空化现象及空蚀问题11-12
• 1.2 课题的工程与学科背景12-13
• 1.3 课题涉及的相关问题13
• 1.4 空化机理13-20
• 1.4.1 液体中的气核14-15
• 1.4.2 空化初生及空化数15-16
• 1.4.3 空化产生和发展的影响因素16-17
• 1.4.4 空泡的溃灭17-19
• 1.4.5 空泡溃灭所产生的压力19-20
• 1.5 空蚀破坏机理及其影响因素20-23
• 1.5.1 空蚀破坏机理20-21
• 1.5.2 空蚀程度的影响因素21-23
• 1.6 空泡动力学及汽液两相流23-25
• 1.7 空化的分类25-26
• 1.8 水力空化的应用前景26-27
• 1.9 本文主要内容27-28
• 2 水力空化数值模拟方法28-52
• 2.1 前言28
• 2.2 数值模拟相关理论28-30
• 2.3 模拟软件 FLUENT简介30-32
• 2.4 空泡动力学模型32-38
• 2.4.1 空泡的静力平衡条件32
• 2.4.2 空泡运动方程32-34
• 2.4.3 蒸汽空泡的突然膨胀34-36
• 2.4.4 蒸汽空泡的突然压缩36
• 2.4.5 纯气泡的绝热膨胀和压缩36-37
• 2.4.6 空化模型37-38
• 2.5 计算方法38-41
• 2.5.1 湍流数值方法38
• 2.5.2 近壁区的处理38-39
• 2.5.3 几何建模及网格划分39-40
• 2.5.4 计算策略及步骤40-41
• 2.6 湍流模型的选择41-50
• 2.6.1 k-ω模型41-44
• 2.6.2 雷诺应力模型(RSM)44-46
• 2.6.3 k-ω模型46-50
• 2.7 本章小结50-52
• 3 水力空化影响因素的数值模拟52-64
• 3.1 前言52
• 3.2 操作参数的影响52-53
• 3.2.1 压力的影响52-53
• 3.2.2 温度的影响53
• 3.3 物性参数的影响53-57
• 3.3.1 液体粘性的影响54-55
• 3.3.2 液体表面张力的影响55
• 3.3.3 液体初始含气量的影响55-56
• 3.3.4 固壁表面粗糙度的影响56-57
• 3.4 结构参数的影响57-63
• 3.4.1 文丘里管喉部结构的影响57-61
• 3.4.2 文丘里管喉部直径的影响61
• 3.4.3 文丘里管入口锥角的影响61-62
• 3.4.4 文丘里管出口锥角的影响62-63
• 3.5 本章小结63-64
• 4 水力空化实验64-69
• 4.1 前言64
• 4.2 实验装置64-65
• 4.3 实验原理65
• 4.4 实验结果分析65-68
• 4.5 本章小结68-69
• 结论69-71
• 参考文献71-74
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况74-75
• 致谢75-76
• 大连理工大学学位论文版权使用授权书76

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前9条

1 张艾萍;杨洋;;超声波防垢和除垢技术的应用及其空化效应机理[J];黑龙江电力;2010年05期

2 张新奇;段明德;杜峰;;非圆变截面管道流场的数值仿真[J];机械设计与制造;2012年01期

3 管金发;邓松圣;张攀锋;华卫星;;空化特性研究进展[J];科学技术与工程;2011年27期

4 韩冰;张海;于晓光;巨东英;;空化水喷丸工艺中空化行为的数值模拟与验证[J];机械工程学报;2012年15期

5 陈阳;郑源;唐锋;肖玉平;;水泵汽蚀试验问题分析[J];人民黄河;2010年01期

6 朱孟府;苗秀娟;邓橙;谢炜;宿红波;游秀东;陈平;;不同孔分布孔板的水力空化效果的数值模拟[J];轻工机械;2012年04期

7 谢炜;邓橙;岳进;苗秀娟;朱孟府;;单孔孔板水力空化器结构参数的数值分析[J];轻工机械;2013年02期

8 林斌;;水泵空化与空蚀分析研究[J];中国电力教育;2010年S1期

9 颜效凡;董志勇;韩伟;俞小伟;;空蚀区空化水流特性的实验研究[J];浙江工业大学学报;2012年02期

中国博士学位论文全文数据库 前3条

1 刘秀梅;液体参量对激光空泡产生和溃灭的影响研究[D];南京理工大学;2009年

2 白瑜光;湍流场中柔性结构的气动分析[D];大连理工大学;2011年

3 李贝贝;环境参数对激光空泡动力学行为的影响及测试方法研究[D];南京理工大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 石丽君;风场中沙粒阻力及流场特性的数值研究[D];兰州大学;2011年

2 张新奇;管流式动海水腐蚀试验装置设计研究[D];河南科技大学;2011年

3 章昱;水力空化及CFD数值模拟[D];浙江工业大学;2011年

4 付曙光;高压水除鳞喷嘴射流特性的CFD仿真[D];武汉科技大学;2007年

5 张卓;门槽水流的数值模拟及其空化特性分析[D];河海大学;2007年

6 靳大雪;曲线型挑流鼻坎的水力特性研究[D];大连理工大学;2007年

7 李书芳;越坝气流的物理模拟和数值模拟研究[D];河北工程大学;2007年

8 薛阳;积石峡水电站中孔泄洪洞平面工作闸门槽空化特性试验研究[D];西北农林科技大学;2008年

9 潘兴河;高压低噪恒流量离心泵动力学研究[D];大连交通大学;2008年

10 滕丽娟;不同排列方式下的双圆柱、三圆柱绕流数值模拟[D];河北工程大学;2009年

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