泵喷推进器非定常空化性能数值模拟分析

摘要： 基于均质多相流的RANS(Reynolds Averaged Navier Stokes)方程,采用分块网格技术生成高质量结构化网格,同时结合剪切应力SST（Shear Stress Transport）k－ω湍流模型和Z G B(Zwart Gerber Belamri）空化模型以对NACA66翼型进行了定常流空化性能数值模拟,数值计算结果与实验值吻合良好,验证了数值计算法的实用性与可靠性.在此基础上,利用URANS(Unsteady Reynolds Averaged Navier Stokes）方程和滑移网格技术,对装有泵喷推进器的无人水下航行器（Unmanned Underwater Vehicle,UUV）进行了非定常流空化性能数值模拟与分析.计算结果表明,数值模拟可以较为精确地预测泵喷推进器空化现象的起始与发展、形状与位置等特性;空化现象发生时,泵喷推进器效率出现明显的降低且达到20%以上;UUV表面与定转子叶片的压力分布较为合理,与空化现象吻合;转子叶顶区域压力面与吸力面之间的压差引起了顶隙梢涡与顶隙空化,造成了泵喷推进器效率进一步的损耗.     

超声珩磨区考虑煤油蒸汽冷凝与蒸发的空化泡动力学分析

为了更深入地探究超声珩磨区空化泡的动力学特性,以煤油为磨削液介质,考虑煤油蒸汽的冷凝与蒸发建立了功率超声珩磨下的单空化泡动力学模型。利用4阶龙格库塔法对不同工作条件(珩磨压力、珩磨头回转速度和往复速度、磨削液粘性、超声频率)下的空化泡泡壁运动规律进行了数值模拟与分析。研究表明：较高的珩磨压力、珩磨液粘性以及超声频率会抑制珩磨区空化效应的产生,而珩磨头回转速度与往复速度的变化对空化效果影响极其有限。     

声空化作用下城市污水在碳钢管内结垢的研究

分析管道积垢对换热器的影响,研究换热管道污垢随时间的增长特性,并分析其形成过程;探讨各种因素下声空化技术在管道中的阻垢除垢效果.实验结果表明:换热光管在第5天时结垢量开始明显增大,直到第14天左右达到稳定;相同时间条件下,流速越大结垢率越小;当流速一定,超生作用时间为50 min时,防垢率可达到50%;超生作用时间一定时,防垢率并不是一直随着流速的增大而增大.     

超声染色上染率公式的修正

为了评价超声染色法的染色效果,在不放入任何织物的情况下,实验研究超声对甲基橙和酸性大红G染料吸光度的影响. 结果表明: 超声会对染液的吸光度产生影响,甲基橙染料的吸光度有所下降,而采用较大功率超声处理少量酸性大红G溶液时,其吸光度增大. 因此在精确计算上染率时,应考虑超声对染液吸光度的影响,必须对上染率公式进行修正. 最后,分析了超声对染液的影响机理.     

超声波降解吲哚废水的实验研究

研究了吲哚模拟废水在超声波作用下的降解, 并对超声波与电化学协同作用下吲哚的降解规律进行了初步探讨. 考察了废水初始浓度、pH值、处理时间、超声功率、外加催化剂以及声电协同作用下电流密度等因素对吲哚降解的影响. 结果表明, 超声处理吲哚的降解规律符合一级反应; 处理时间越长, 降解率越大; 吲哚初始浓度较低时, 降解率较大; 随着 pH值的增大, 降解率先增大后减小, 在 pH=8左右降解率最大; 降解率随超声功率的增大而增大, 在120 W时达最大值, 随后降低; 加入1 .5 mmol/L H2O2, 对吲哚的降解有较大的促进作用. 在超声波存在下, 电解电流在1 0~2. 2 A范围内, 降解率随电流先增大后减少, 电流为1. 9 A时, 降解率达最大值; 声电化协同作用能提高吲哚的降解率.     

超声空化气泡运动方程的求解及过程模拟

考虑液相的动力粘度、表面张力和溶剂的蒸气压对空化泡运动特性的影响,建立了超声作用于均相液体中空化泡运动的动力学模型,并用MATLAB工具对建立的普遍化的模型方程进行了数值求解和过程模拟.探讨了超声在水介质中传播时超声的频率、功率和空化泡的初始平衡半径对空化泡运动规律的影响以及声压幅值和液相主体温度对空化泡崩溃时的泡内温度和压力的影响,为超声的空化效应在化工过程中的研究和应用提供了基础理论依据.     

围压下双射流喷嘴空化初生能力的实验研究

为了提高射流破岩效果和深井钻井的速度，实验研究了双射流喷嘴在不同围压下的空化初生能力，并与普通锥形喷嘴进行了比较。结果表明，在同等条件下，双射流中心喷嘴出口直径对双射流喷嘴空化初生能力影响明显；在高围压条件下，双射流喷嘴比普通锥形喷嘴具有更大的初生空化数，且大都大于1．0，而锥形喷嘴最大仅为0．43。     

超声波染色的实验研究

本课题研究了常温常压下超声波对全毛布料染色的作用.实验表明,与浸泡加机械搅拌染色方法相比,超声波明显优化了天然栀子黄色素染液对全毛布料的染色,达到了上色容易、匀染性好和不易褪色的效果.     

围压下双射流喷嘴空化初生能力的实验研究

为了提高射流破岩效果和深井钻井的速度,实验研究了双射流喷嘴在不同围压下的空化初生能力,并与普通锥形喷嘴进行了比较。结果表明,在同等条件下,双射流中心喷嘴出口直径对双射流喷嘴空化初生能力影响明显;在高围压条件下,双射流喷嘴比普通锥形喷嘴具有更大的初生空化数,且大都大于1.0,而锥形喷嘴最大仅为0.43。     

附着空化流动的模型和算法

提出了一种改进的空化模型和算法，同时耦合考虑黏性效应的Navier-Stokes方程求解方法，用数值研究了附着空化流动．提出的空化模型和算法将气相／液相界面作为流动区域的自由界面，并满足当地气相压力进行处理，空化空腔的形状通过迭代计算进行修正得到，不仅考虑了流场的压力分布，而且考虑了气相／液相界面处的压力梯度信息．采用具有试验数据的半球形头部圆柱体空化绕流作为算例，考核了所提出空化模型和算法的网格无关性，并研究了迭代修正格式中松弛因子对算法精度和计算效率的影响特性．研究表明，圆锥形头部圆柱体空化绕流的数值模拟结果与其试验数据吻合良好，证明了所提出的空化模型和算法的可靠性。