平板多孔射流气液多相流动特性研究

发布时间：2020-09-16 18:24

　　空泡动力学是研究航运工程,水利工程,以及环境工程等方面的一个重要问题。水下平板多孔射流产生的空泡受到阻力、压力、升力等各种力的作用其动力过程比较复杂,在发生显著变形的同时常伴随着破裂、融合等现象。本文采用试验和数值模拟相结合的方法研究了平板下表面多孔射流问题,主要研究工作包括以下几个方面:基于通气循环水洞建立了平板多孔射流气液多相流动特性的试验研究方法。设计了试验方案,试验模型,以及各个测试系统等。基于Fluent软件在Euler多相流模型引入Multi fluid VOF模型,湍流模型等基本理论建立了平板多孔射流气液多相流动特性的数值模拟方法,并得到了试验验证。开展了水下平板单孔射流气液多相流动特性的试验及数值模拟研究。通过试验的方法首先研究了水下平板单孔射流产生的空泡形态,分析了横流速度和压比对空泡形态的影响,得到了影响空泡形态的无量纲数;其次研究了横流和压比对平板单孔流量系数的影响,分析了影响机理。通过数值计算的方法研究了水下平板单孔射流流场特性,分析了压力场、速度场和涡量场。发现在孔中心下方偏迎流测和偏背流测存在压力峰值,速度峰值出现在孔中心偏向背流测,在剪切力作用下在孔下方形成了双涡管,并且沿着来流方向,涡量逐渐减小。开展了水下平板多孔射流气液多相流动特性的试验及数值模拟研究。通过试验的方法首先研究了水下平板多孔射流产生的空泡形态,分析了单排双孔和双排四孔空泡的融合点随横流速度和压比的变化规律;其次研究了横流和压比对均压单排双孔和双排四孔流量系数影响,发现单排双孔流量系数变化规律和平板单孔相似,双排孔压比较小时第一排孔的流量系数小于第二排孔,随着压比的增大,第一排孔流流量系数逐渐大于第二排孔。通过数值计算的方法研究了水下平板多孔射流流场特性,分析了压力场、速度场和涡量场。发现第一排孔在孔中心下方偏向迎流测和背流测存在压力峰值,第二排孔在孔中心正下方存在压力峰值。第一排孔速度峰值出现在孔中心偏向背流测,第二排孔速度峰值基本在孔中心处。前后两排孔均产生了双涡管,并且第二排孔产生的涡管大于第一排孔。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：O359
【部分图文】：

高速艇,均压孔,水下航行体,排气过程

第 1 章绪论研究背景及意义多孔射流广泛存在于化工、医药、动力、热能、船舰、航天下射流过程往往涉及到多个空泡的碰撞，融合、破碎等复杂中，研究射流产生空泡的大小及其分布特性可改进鼓泡塔、床及气液反应器等设备。在多相反应器中，气泡的生成与上节，不仅能在上升过程中充分搅拌水体或颗粒，加剧相间的分接触从而达到传质传热的目的，提高反应器的效率[1]。在工艺中，研究射流产生空泡的破裂和上升有利于加快污染物降处理效率[2]。高速艇水下排气过程中，大量的水下空泡很可[3]，加快螺旋桨的气蚀[4]。

空泡形态,水下航行体,多孔射流

图 1-2 水下航行体发射图空泡在粘性液体中受力复杂，空泡形态发生变化的同时会出现破裂的情其他空泡融合成大空泡。同时空泡的变形和运动对周围流场也产生影现在空泡运动路径上会产生尾涡[9]。因此空泡在粘性液体中的运动是性的动力过程，难以用理论深入分析，用试验的方法和数值模拟方法运动特性可以更深入地了解空泡变形行为及运动特性的影响机制。目前关于多孔射流研究已经取得了很多有价值的成果，但对横流作用射流问题研究相对较少，而工业应用中多孔射流环境比较复杂，射流受到周围空泡，横流作用，以及收到孔型，孔间距等的影响。因此研用下多孔射流气液多相流动特性，无论是从学术角度还是工业应用角及其重要的意义和价值。国内外研究现状及分析目前水下气体射流研究多集中在单孔，和静止液体中的多孔射流，关用下单孔或多孔射流的研究较少，而横流作用下的多孔射流与通气空

示意图,整体试验,方案,示意图

图 2-1 整体试验方案示意图2.2.2 试验参数在水洞开展平板下表面平板多孔射流气液多相流动特性的试验研究，主要研究了不同结构参数（孔径，孔间距）不同通气质量流量，不同横流速度，不同压比等对平板多孔射流气液多相流动特性的影响。试验参数如 0 所示。表 2-1 试验参数表参数范围说明Di3.6mm，5.9mm 孔直径Qi2.0x10-4kg/s< Qi<2.0x10-3kg/s 通气流量U 1ms-1<U <7ms-1横流速度η 1.00<η<1.25 气腔内压力和环境压力的比值P 101kpa 环境压力di4Di孔间距

【参考文献】