文丘里管内空化演变过程及其影响因素研究

发布时间：2020-09-02 17:23

　　作为复杂的水力学现象,空化造成的危害一直是人们关注的重点,但不容忽视的是空化泡溃灭时会产生瞬间的高温高压及高速射流现象,也就是说这个过程蕴含着巨大的能量,其不仅可以强化物理、化学过程,而且还可以达到节能增效的目的。目前对于如何有效地产生空化,采用何种高效的空化设备,如何准确的定量分析空化效果等问题也没有取得突破性的进展。因此,对于空化演变过程及空化效果影响因素的研究意义重大。本文以流体动力式空化发生器文丘里管为研究载体,采用理论分析、数值模拟和实验测试的研究方法,对其内部空化演变过程及对空化效果的影响因素进行深入研究。理论方面:首先从宏观流体出发建立流体质量守恒、动量守恒、能量守恒等三大守恒方程;然后从微观个体出发建立空泡动力学模型;最后考虑到当前稳态空化模型的不足以及水力空化发生所产生的空化泡来源,建立文丘里管内水—气两相动态空化模型,为文丘里管内的空化演变过程提供理论支持。数值模拟方面:首先在CREO里建立文丘里管内部流体域的几何模型,并在ICEM-CFD里对其进行结构化网格划分;然后在流体仿真软件FLUENT里对不同结构参数(进口锥角、出口锥角、喉径、截面形状)、物性参数(初始含气量、表面粗糙度)、操作条件(进口压力、温度)下的文丘里管内部流体的空化情况进行数值模拟,以汽含率大小为评判空化效果优劣的基准,得到上述影响因素与文丘里管内空化效果的关系。实验测试方面:在工厂建立包括水泵、电机、贮水槽、压力表、文丘里管、管路等在内的实验反应装置,并且在实验室建立实验检测装置(可见分光光度计),通过测定反应前后亚甲基蓝溶液吸光度(浓度)的变化,得出不同条件下文丘里管的空化情况,对理论分析和数值模拟加以验证。本文研究发现,文丘里管的长度改变与否,对其在同一结构参数下空化效果的影响不同,为文丘里管的实际应用提供有力依据。
【学位单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TH814
【部分图文】：

受力图,空泡,受力图

图 2-1 空泡受力图Fig.2-1 Cavitation force diagram衡方程为：RPPPVg2 围水体压强；VP 为空泡内的饱和蒸气压面张力系数；R 为空泡半径。及上式 2-7，可得空泡压缩时的条件为：RPPPVg2 条件为：RPPPVg2 空泡的运动方程体是无旋的，所以静止水体的运动可视为足拉普拉斯方程：

文丘里管

图 2-2 文丘里管结构Fig.2-2 Venturi tube structure知文丘里管的容积为圆台1 圆柱圆台2V V V V理得 4)2)(2(tan(22)31)2(4)2)(2(tan(22)3122222ooooooooddddddldddddddV 示文丘里管收缩段体积，圆柱V 表示喉部段体积，圆V ；d 表示文丘里管管径，do表示喉径，lo表示喉部锥角，2 表示文丘里管出口锥角。密度为glff 11液的密度；为溶液中的气相密度，既包括溶解

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管模型建立及网格划分立动力式空化发生器，文丘里管以其结构简单、产生空广泛用于研究水力空化演变过程及影响因素的载体。、出口管径为 40mm，喉径为 8mm，喉部长度为 1锥角 40 度，出口锥角为 20 度。具体结构如下图 3-1 所a）文丘里管三维结构图

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