高压射流空化喷嘴的优化设计及剪切空泡形成机理

发布时间：2021-08-06 23:43

　　空化射流作为一种新型射流技术,具备能量密度高、冲击力强、清洁、高效等优点,广泛应用于石油开采、船舶清洗以及金属材料强化等工程领域。空化射流空泡的溃灭伴随着极强的冲击波与微射流,如果控制和使用恰当时,空化现象能够有效提升射流切割、除锈、喷丸的效率,但如果使用不当,将会对冲击材料产生汽蚀破坏。喷嘴作为产生空化射流的核心部件,它不仅将流体静压能转换成动压能,而且还保证空化射流具有良好的流动特性和空化性能。因此,研究喷嘴空化性能以及射流空泡形态分布规律,对于提高喷嘴射流性能和空化性能具有重要意义。本文在江苏省重点研发计划竞争项目“大容量高参数水力机械叶片空泡冲击波强化抗汽蚀磨蚀技术研发（项目编号:BE2017126）”的资助下完成。基于数值计算和试验研究相结合的方法,研究了缩放型喷嘴结构参数对射流空化性能的影响规律,分析了射流剪切空泡的形成机理,试验捕捉了淹没射流空泡形态的演化过程。（1）设计了一种缩放型喷嘴,对比分析不同湍流模型在淹没空化射流中的应用,通过选取多相流模型和空化模型,得到不同湍流模型下淹没空化射流形成的空穴形态并与试验得到空泡云形态进行对比。研究结果表明,标准k-ε和k-ω系列... 

【文章来源】：江苏大学江苏省

【文章页数】：94 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

计算模型网格图

得到不同湍流模型下淹没空化射流形成的空穴形态并与试验得到空泡云形态进行对比，如图2.5 所示。由图可知， k - ε 和 k -ω 系列湍流模型计算得到的淹没空化射流形成的空泡云主要集中分布于喷嘴出口附近，与试验结果相差较远，transition SST 湍流模型计算得到的云状空泡团与高速摄影试验拍摄获得的云状空化结果最为接近，因此，本文采用transition SST 湍流模型进行空化射流的数值计算。标准k ε模型 RNG k ε模型Realizable k ε模型 标准 k - ω 模型Transition SST 转捩模型 试验结果图 2.5 五种湍流模型计算得到的空穴形态与试验结果对比Figure 2.5 Comparisons of void morphology calculated by five turbulence models with experimentalresults

（e）Fvap=100，Fcond=0.01 （f）Fvap=150，Fcond=0.01图 2.6 不同蒸发项经验系数空化计算结果Figure 2.6 Numerical results with with different evaporation empirical coefficients图 2.7 为在选取蒸发系数的基础上，通过改变凝结项经验系数得到的计算结果。可知，随着凝结系数的增大，射流的空化程度呈逐渐降低的变化趋势。当 Fcond=，射流形成的空泡团逐渐扩散，空泡体积分数降低，当凝结系数进一步增加到 Fcond


本文编号：3326712