空化喷嘴内部流场的数值模拟

根据喷嘴的结构特点,建立了角形空化喷嘴和风琴管形空化喷嘴的三维结构模型和数值模型,选用RNGk-ε湍流模型,采用SIMPEC算法进行数值计算。结果表明,在空化喷嘴的圆柱段存在速度最大值,射流进入圆柱段后产生明显的负压,与周围介质发生强烈的空化作用,有利于空化气泡的产生。在特定参数下(圆柱段直径d=1mm、圆柱段长度S=3mm、扩散段长度L=8mm、出口扩散角=30°),角形喷嘴的空化效果优于风琴管形喷嘴。     

风琴管空化清洗喷嘴结构改进及数值分析

空化水射流是一种运用水机械"汽蚀"的原理来增强射流冲蚀效果的高效水射流技术,风琴管喷嘴由于具有良好的空化初生和空化打击效果而在该领域广泛使用。该喷嘴流场中收缩段入口壁面附近会由于压力的降低而产生较强空化现象,如果将喷嘴收缩段壁面边界向外部扩展,增大低压产生区域的作用范围,设计了圆弧段扩张口径的空化喷嘴,同时引入脉冲结构进行改进。采用CFD软件对相同参数下普通风琴管喷嘴和新型喷嘴进行流场分析。结果表明,新型喷嘴圆弧段内部的大漩涡流场更有利于空化产生,具有脉冲结构的新型喷嘴中漩涡区域的空化气泡能够较容易地随脉动水体喷出,且水射流具有较强的瞬时冲击力,因而喷嘴的空化清洗效果将会更显著提升。     

风琴管空化喷嘴流场数值模拟

 风琴管空化喷嘴是一种常见的空化射流喷嘴,利用喷嘴内部特殊结构形成产生空化效应,从而提高射流的打击效果,因此,研究空化喷嘴内部结构对形成的空化效应影响,有利于提高喷嘴的工作性能。本文利用多相流模型研究风琴管空化喷嘴,在出口压力为2MPa工况下,对不同入口压力下喷嘴的内流场进行了数值计算。结果表明,在正常工作压力8MPa情况下,喷嘴喉道位置出现局部低速区和低压区域,且空化位置出现在喉道截面突变位置。同时,研究了喷嘴喉道长径比和存在圆角情况下内部空化情况,发现增大喷嘴喉道长径比实际相当于增加了低压区域,有利于空化的产生;喷嘴喉道变径区域存在圆角会严重影响空化喷嘴的空化性能,且圆角半径越大,临界空化压力越大。     

旋转空化喷嘴结构优化设计及涡旋特性分析

为提升高压水射流破碎开采天然气水合物的效率,优化设计一种旋转空化射流喷嘴。利用计算流体力学方法探究不同叶轮数、叶轮加旋角度、入口速度和出口围压对旋转空化射流特性的影响规律,对比分析旋转空化射流和收缩-扩张型空化射流的流场分布规律、涡旋特性及天然气水合物沉积物的破碎特征。研究结果表明：叶轮加旋角度对旋转空化射流的影响明显比叶轮数的影响大,叶轮数及叶轮加旋角度的优化值分别为3个和360°;在喷嘴结构固定的情况下,提高入口速度能获得空蚀及射流冲蚀能力更强的旋转空化射流,而围压升高则会弱化流场中空化云的初生与发展;旋转空化射流因兼具正向冲击、径向张力及周向剪力和“梭形”空化云特点,较收缩-扩张型空化射流有更优的破岩效果;叶轮旋转效应所产生的中心涡使得旋转空化射流的涡结构更加复杂,流场中更易形成“负压”区以提升射流的空蚀能力。     

基于CFD的空化喷嘴结构参数研究

利用空化特性使喷嘴显著提高射流的清洗效果。利用CFD工具对空化喷嘴内外流场进行了两相流的数值模拟。比较分析了不同进气压力、水和空气进入空化腔的角度和空气进入空化腔的位置对流场的影响,并对仿真结果进行了分析研究。结果表明,随着进气压力的增加,经喷嘴射流的流体速度增加,出口含水量减少。水进入空化腔角度为10°,空气进入空化腔角度为135°,且入射位置距空化腔左侧壁8 mm处时喷嘴具有较好的冲洗能力,并且射程较远。计算结果为喷嘴的进一步设计和研究提供了有益的参考。     

天然气水合物旋转空化射流冲蚀性能研究

为提升水射流破碎开采天然气水合物效率,设计一种旋转空化射流喷嘴.首先,基于ANSYS FLUENT 19.0计算流体力学软件建立收缩?扩张型空化射流及旋转空化射流三维数值模型,对比分析射流速度场、压力场及气相分布的发展规律.然后,通过水合物二次合成的方式,提出一种天然气水合物沉积物试样冲蚀孔深及孔径定量表征方法.最后,...     

自振空化水射流冲击压力脉动的实验研究

研究了在常压和围压达到６ＭＰａ条件下，时域和频域上自振空化水射流的压力脉动特性．给出了评价压力脉动特性优劣的三个参数：最大脉动峰值压力、压力脉动幅度和脉动压力峰值差，得到了三个参数沿轴向和径向的变化规律及喷距、泵压、围压对射流压力脉动的影响规律。实验表明．自振空化射流存在最优喷距．在此喷距下脉动最强；在常压和围压条件下脉动规律不同，脉动随围压的升高而加剧．通过对风琴管脉冲喷嘴的改进，得到了一种新型的自振空化射流喷嘴。实验证明．这种新型喷嘴可提高射流的压力脉动强度及破岩效果。     

风琴管自振空化喷嘴的设计原理

利用瞬态流理论和水声学原理分析了风琴管自振空化射流喷嘴的工作原理,推导了风琴管谐振腔的固有频率计算公式,得出了谐振腔基本结构的设计模式.研究表明,风琴管自振空化喷嘴的设计需运用理论和实验的方法进行.风琴管谐振腔的直径和长度是影响谐振腔流体共振的重要因素,需通过试验确定.     

常压下淹没自振空化射流冲蚀岩石效果的试验研究

本文对常压下淹没自振空化水射流进行了试验研究,着重研究了风琴管空化喷嘴的冲蚀效果及其影响因素。对自振空化喷嘴的结构关系和设计模式进行了理论推导,并用半理论的方法对风琴管空化喷嘴和脉冲空化喷嘴进行了设计。用风琴管空化喷嘴、脉冲空化喷嘴和锥形喷嘴做了不同喷距时的冲蚀人造砂岩试验,得出了喷距影响规律。研究结果表明,自振空化喷嘴的冲蚀效果明显优于锥形喷嘴。在此基础上,通过对常压下风琴管空化喷嘴的冲蚀效果及其影响因素的研究,得出了一些规律性结果,为喷嘴优化设计提供了依据,使自振空化射流在工业上得到了广泛的应用。     

自振空化射流研究与应用进展

介绍一种新型射流——自振空化射流的设计原理、冲击压力特性、冲蚀破岩特性和现场应用情况。研究表明，以风琴管结构为基础设计的喷嘴可以产生强烈的自振空化射流，与锥角为 120°的普通锥形喷嘴相比，冲击压力脉动幅度和峰值分别提高24 ％和37 ％，冲蚀岩石效果提高1～2倍。自振空化射流已成功应用到石油工程中，研制出自振空化射流钻头、高压旋转自振空化射流处理近地层技术和自激波动注水技术，取得明显的经济效益。     

流体动力空化的噪声特性及空化强度的测量

本文对Contraction-Divergence(收缩-扩张)流道产生的空化泡进行高速摄影观测和空化噪声测量.观测结果中发现随流速增加,气泡状态从离散的空化云变为连续的空化云;噪声谱逐渐从带有宽峰的谱变为连续谱.噪声谱中宽峰的中心频率和峰值都随流速变化而变化.在频率范围[0-50kHz]内对功率谱进行积分,积分值随流速增加迅速增加,可以表示空化的强度变化.实验证明,与声空化存在瞬态和稳态两种空化类似,也存在两种流体动力式空化.     

空泡非球对称溃灭过程及其冲击压强

本文建议了一种数值计算方法，以用来计算靠近固体边界的空泡溃灭过程及对固 壁的冲击压强。与现有的方法相比，该方法具有较好的稳定性和适应性，可大大减少 计算量及占用的计算机内存。数值计算结果表明，当ε（＝Ｌ_０／Ｒ_０）＜２.０，溃灭后期 严重偏离球对称并可能形成微射流；当ε≥２．０，稍微偏离或基本保持球对称并主要 形成辐射压强；近壁空泡溃灭时，都要向固壁运动，其程度随ε的减小而增大。     

渥奇段的空化噪声与空化特性

通过对渥奇段的空化噪声的量测与分析，发现渥奇段的空化易发生在壁面曲率的沿程变化明显增大的部位；水流空化数与空化噪声的沿程变化趋势一致；空化发生的位置和程度与运行工况、凸体位置和高度有关；渥奇段的空化为体型分离型，初生空化数约为0．2左右。     

空化及其在杀菌中的应用

空化是一种非常复杂的现象,空化能够产生极高的瞬时压强与温度,从而能够带来众多的应用,但超声空化用于杀菌却仅仅停留在实验室研究阶段,超声杀菌的处理量是比较少的。描述了超声及水力空化杀菌机理,进行了不同条件下超声和水力空化杀菌实验。结果表明,超声空化与水力空化都有很好的杀菌效果,水力空化的处理量要比超声空化处理量大。     

水力空化技术在有机废水处理中的应用

综述射流空化和涡流空化在有机废水处理中应用的研究进展.水力空化技术在有毒、难降解有机污染水体的处理领域有潜在的应用前景.指出该技术在应用中存在耗能大等问题,提出以后的发展方向是与其他技术联用、改进装置等.     

超声清洗技术原理及其应用

本文分析了空化的形成及其影响因素,阐述超声波引起空化的机理,以及利用超声空化作用对物体进行清洗的过程和原理,并介绍了超声空化清洗的特点,对超声空化清洗的前景作了展望。     

Key roles of micro-particles in water on occurrence of cavitation-erosion of hydro-machinery

It has been believed for about one hundred years that the cavitation directly induces the cavitation erosion. It is proposed in this research that cavitation is only the necessary condition but not the sufficient condition of the cavitation erosion. The experiment performed on the rotary disk cavitation system shows that the mi- cro-particles in the fluid play indispensable roles in the cavitation erosion process, and the generation of the erosion pits on the steel surface is also affected by the particles＇ size. These cracks and deformations on the sample surface indicate that the erosion is the result of the mechanical behavior. Numerical calculations are also provided to support this mechanism.     

云状空化流动数值模拟的空化模型评价

为深入了解空化模型对云状空化流动计算的影响,分别采用Kubota,Singhal,Merkle,Kunz四种不同的空化模型对绕水翼的云状空化流动进行了数值模拟,获得了空穴形态和升、阻力等流场动力随时间的变化特性. 通过与实验结果的对比表明,这四种空化模型均可以准确地捕捉云状空化区域的空穴形态和空泡脱落的非定常细节;不同空化模型对计算所得的空穴形态和长度、绕翼型速度矢量场、升阻力均有影响, 但对流场动力特性的主要频谱分布影响不大.     

初生空化的主要影响因素及比尺影响

本文讨论了影响初生空化的几个主要因素，对国内外有关初生空化比尺影响的 最新研究成果进行了评述．主要介绍了大连工学院高速水流研究室在这方面所做的工 作．从气核平衡的稳定条件出发建立了初生空化数计算模型．     

用碘释放法研究正弦调幅波的超声空化峰现象

用碘释放法以1.7MHz正弦调幅波（调制频率从1Hz到5kHz,调幅深度为95％）的超声空化产额进行了研究,观测到“空化峰”现象。即适当选取调制频率时,其空化效应呈极大值。对调幅波的低频包络与空化效应之间的关系进行了理论分析,得到与实验数据基本相符的结果,从而对产生“空化峰”的物理机制给出了解释。