基于空化射流技术的养殖网箱水下清洗喷嘴数值模拟

发布时间：2021-08-26 15:11

　　网衣附着生物形成堵塞是深海网箱养殖面临的严重问题之一,如何实现养殖网箱的安全高效清洗是目前亟待解决的问题。研究了网箱水下清洗机器人结构,将空化射流技术应用于养殖网箱表面附着物的清洗,根据网箱水下清洗工况,利用Fluent软件对喷嘴内部的空化流场进行了数值模拟,采用mixture气液两相模型、空化模型和Realizable k-ε湍流模型模拟计算得到了喷嘴附近速度流场和气相体积分数的分布规律;还研究了喷嘴入口压力和清洗深度对空化射流空化效果的影响。结果显示,空化现象主要产生于喷嘴圆扩张段壁面,增大喷嘴入口压力有利于提高流体射流速度及高速流射程范围,有效提高空化程度,增强清洗打击力,但水深深度增加不利于空化。该模拟计算结果可为空化射流在网箱养殖水下清洗应用提供一定理论参考。 

【文章来源】：渔业现代化. 2020,47(05)CSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

养殖网箱水下清洗机器人结构简图

考虑到高压水泵出口至喷嘴入口管路沿程压力损失,喷嘴圆柱段直径要减小0.1～0.3 mm为好[20],所以喷嘴圆柱段实际直径为d=2.3-0.3=2 mm。清洗喷嘴拟采用空化效果较好的角型喷嘴,喷嘴内部结构示意图如图2所示,收缩角取公认的最佳值13.5 °,扩散角取为60 °[21],圆柱段直径d=2 mm,圆柱段、收缩段、扩散段长度分别取为4 mm、5 mm、6 mm,喷嘴入口直径6 mm、长2 mm。3.2 边界条件与网格划分

计算流场域如图3所示,考虑到喷嘴具有轴对称几何特性,所以在模拟时取整个流场二维模型的一半区域进行模拟计算。运用Ansys Workbench软件建立喷嘴和流场区域二维模型与网格划分,经过网格质量检验,二维模型通过划分有233 106个网格,检查网格正交质量为0.999,最小体积为正,表明网格质量非常好,可以进行模拟计算。边界条件为两个压力入口和一个压力出口。其中,喷嘴入口压力、流场入口与出口压力根据清洗系统压力与清洗水深不同分别设置。由于流动过程为圆口射流的湍流,选用Realizable k-ε湍流模型较适合,可以给出更好的射流扩展角,近壁区域采用增强壁面函数法对其处理,该方法能较好地应用于复杂流动及低Re区的流动。4 数值模拟结果与分析

【参考文献】：
期刊论文
[1]转盘式网箱清洗装置设计与模拟试验[J]. 满晓东,宋协法,黄志涛,董登攀.  渔业现代化. 2019(06)
[2]空化射流技术的应用进展与前瞻性分析[J]. 程效锐,张舒研,陈红杏,常正柏.  能源化工. 2018(04)
[3]深远海养殖装备系统方案研究[J]. 黄温赟,鲍旭腾,蔡计强,江涛.  渔业现代化. 2018(01)
[4]深远海养殖装备技术研究现状与发展趋势[J]. 闫国琦,倪小辉,莫嘉嗣.  大连海洋大学学报. 2018(01)
[5]浸没状态下液-液两相水平对撞浓度场的数值模拟[J]. 张建伟,施博文,冯颖,张志刚.  过程工程学报. 2018(01)
[6]空化水射流技术在海洋污损生物清除领域的应用研究[J]. 张丽婷,张莹,徐栋,苏婕.  海洋开发与管理. 2016(08)
[7]我国深远海养殖工程装备发展研究[J]. 徐皓,谌志新,蔡计强,黄一心,刘晃.  渔业现代化. 2016(03)
[8]空化射流流场数值模拟的研究进展[J]. 林兴华,张敏革,秦青,党明岩.  化工进展. 2015(04)
[9]空化水射流理论和应用研究[J]. 管金发,邓松圣,雷飞东,武建军,张攀锋.  石油化工应用. 2010(12)
[10]歧管式高压射流水下洗网机的设计[J]. 张小明,郭根喜,陶启友,黄小华,胡昱.  南方水产. 2010(03)

硕士论文
[1]空化水射流清洗系统的设计及数值模拟研究[D]. 刘艳.哈尔滨工程大学 2018



本文编号：3364471