空化射流流场结构与冲击特性的数值模拟研究

发布时间：2017-05-03 11:02

  本文关键词：空化射流流场结构与冲击特性的数值模拟研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：空化射流是一种在很多场合都常见的现象,是指在急速水射流中遇到突然收缩等阻碍时,液流系统中局部的压强降低到水的饱和蒸汽压,从而产生空化气泡的现象。当空化气泡发生溃灭时,会产生异乎寻常的高温、高压冲击波或微射流,从而被广泛应用于化工、石油、环保等行业中。因此,研究空化射流的冲蚀特性具有重要的理论意义和实际应用意义。本文通过CFD技术对空化射流的特性进行系统的研究,突破了以往实验手段的局限性,在研究方法上具有创新性;此外,本文选用文丘里喷管为物理模型,主要研究空化射流的冲击特性及其影响因素之间的定量及定性关系,在研究内容上具有创新性。根据空化射流的特点,推导并确定能够反应问题本质的数学模型,即建立能够表达各物理量之间关系的微分方程和求解条件,在分析不同空化模型、湍流模型和多相流模型的基础上,对模型中的参数进行优化,使其更加适合空化射流的数值模拟。在建立适当的数学模型基础上,以Gambit软件构建文丘里管的二维模型,考查在不同影响因素,如注射压力、围压、处理距离等条件下,空化射流冲击特性的变化规律,并将其与文献实验中的结果进行对比分析,验证其准确性,从而对这些规律进行整合处理,为人们以后对空化射流冲击特性的数值模拟研究提供依据。在二维模型研究的基础上,采用Gambit软件建立合适的三维模型,并利用Fluent 6.3软件中的三维求解器对其进行模拟计算,对比分析不同注射压力、围压和处理距离等因素下空化射流流场结构的特点,结合所得到的冲击特性,研究空化射流流场结构与其冲击特性之间的关系。
【关键词】：空化射流 冲击特性 流场结构 计算流体力学 数值模拟
【学位授予单位】：沈阳理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TV131.3
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-32
• 1.1 研究背景12-14
• 1.2 空化和射流的类型14-16
• 1.2.1 空化的主要类型14-15
• 1.2.2 射流的主要类型15-16
• 1.2.3 空化射流的主要类型16
• 1.3 空化射流的冲蚀机理16-22
• 1.3.1 空化的机理16-21
• 1.3.2 空化射流的冲蚀机理21-22
• 1.4 空化射流的理论分析和实验研究进展22-24
• 1.4.1 空化射流理论研究进展22-23
• 1.4.2 空化射流实验研究进展23-24
• 1.5 空化射流的数值模拟研究24-30
• 1.5.1 空化模型的研究进展24-26
• 1.5.2 湍流模型的研究进展26-27
• 1.5.3 多相流模型的研究进展27-28
• 1.5.4 数值计算方法的研究进展28-30
• 1.6 研究的目的及意义30
• 1.6.1 研究目的30
• 1.6.2 研究意义30
• 1.7 本文研究内容30-32
• 第2章 空化射流数学模型的选择与确定32-42
• 2.1 空化模型的选择与确定32-35
• 2.1.1 空泡的静力平衡条件32-33
• 2.1.2 空泡的运动方程33-34
• 2.1.3 空化模型的确定34-35
• 2.2 湍流模型的选择与确定35-38
• 2.2.1 标准κ-ε 模型36
• 2.2.2 RNG κ-ε 模型36-37
• 2.2.3 Realizable κ-ε 模型37-38
• 2.3 多相流模型的选择和确定38-41
• 2.3.1 VOF模型38-39
• 2.3.2 欧拉模型39-40
• 2.3.3 混合模型40-41
• 2.4 小结41-42
• 第3章 空化射流冲击特性的影响因素分析42-65
• 3.1 数值模拟模型的建立42-44
• 3.1.1 物理模型及计算方法的建立42-43
• 3.1.2 网格独立性分析43-44
• 3.2 注射压力对空化射流冲击特性的影响分析44-52
• 3.2.1 注射压力对流场内冲击压力分布特性的影响44-47
• 3.2.2 注射压力对构件表面冲击特性的影响47-48
• 3.2.3 注射压力对压力冲击波分布特性的影响48-50
• 3.2.4 注射压力对构件表面气含率的影响50-52
• 3.3 围压对空化射流冲击特性的影响分析52-59
• 3.3.1 围压对流场内部冲击速度分布特性的影响52-53
• 3.3.2 围压对流场内部冲击压力分布特性的影响53-56
• 3.3.3 围压对流场内部气含率分布特性的影响56-57
• 3.3.4 围压对构件表面冲击压力分布特性的影响57-59
• 3.4 喷射距离对空化射流冲击特性的影响分析59-64
• 3.4.1 喷射距离对构件表面冲击压力分布特性的影响59-62
• 3.4.2 喷射距离对构件表面冲击压波分布特性的影响62-64
• 3.5 小结64-65
• 第4章 空化射流流场结构的影响因素分析65-82
• 4.1 物理模型与计算方法65-67
• 4.1.1 物理模型65-66
• 4.1.2 计算方法的设置66-67
• 4.2 注射压力对空化射流流场结构的影响分析67-72
• 4.2.1 注射压力对速度流场结构的影响67-69
• 4.2.2 注射压力对压力场结构的影响69-71
• 4.2.3 注射压力对空化区域结构的影响71-72
• 4.3 围压对流场结构的影响分析72-77
• 4.3.1 围压对速度流场结构的影响72-74
• 4.3.2 围压对流场压强分布结构的影响74-75
• 4.3.3 围压对流场空化区域结构的影响75-77
• 4.4 喷射距离对流场结构的影响分析77-80
• 4.4.1 喷射距离对速度流场结构的影响77-78
• 4.4.2 喷射距离对流场压强分布结构的影响78-79
• 4.4.3 喷射距离对流场空化区域结构的影响79-80
• 4.5 小结80-82
• 结论82-83
• 参考文献83-92
• 攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科技成果92-93
• 致谢93-94

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