空化水射流清洗系统的设计及数值模拟研究

摘要

当液流内局部压力低于相应温度下该液体的饱和蒸气压强时，会出现空化现象。空化泡溃灭会产生巨大的冲击力，释放出很高的能量。将空化引入水射流技术可以显著提高射流的冲击力，增强其清洗、破碎等能力。目前，对于空化水射流技术的研究日渐增加，它作为一种新型水射流，拥有工作压力低、射流冲击压力强、环保节能等优点，具有十分广阔的应用前景。但目前对空化水射流的研究还有许多欠缺，射流喷嘴的具体结构参数也有待进一步的优化。
　　本论文在对空化水射流相关技术了解的基础上，首先完成了一整套应用空化射流清洗技术的系统设计，该系统包含高压装置、供水系统、空化喷嘴与试验台架4个部分。接着以优化喷嘴结构为目标，通过改变角形喷嘴与收缩管形喷嘴几何参量与工作环境参量，利用ICEM CFD软件划分网格，运用Mixture模型与RNGk-ε模型，设置初始参数与边界条件，利用FLUENT软件进行数值模拟计算。分析计算得到的相关数据、云图与曲线，得出结论发现:当出口扩散角为30°、入口收缩角为13.5°、直径为1.6mm时，角形喷嘴具有最佳空化效果;当喷嘴入口压力增大，喷嘴空化效果明显变好;当工作水深在0米至10米范围内增加时，喷嘴空化效果在一定程度上变差;相同工况下，角形喷嘴的空化效果要优于收缩管形喷嘴。最后，用结构优化后的喷嘴搭建空化水射流实验平台，进行铝板、锈板和沥青板的清洗实验，初步检验清洗效果。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1研究背景与意义

1．2水射流技术的分类及应用

1．2．1水射流技术的分类

1．2．2水射流技术的应用

1．3空化水射流技术概述

1．3．1空化现象产生机理

1．3．2空化水射流清洗机理

1．4空化水射流技术研究现状

1．4．1国外研究现状

1．4．2国内研究现状

1．5本文研究的主要内容

第2章空化水射流清洗系统设计

2．1空化水射流系统原理图

2．2空化水射流清洗系统各个系统简介

2．2．1高压泵

2．2．2供水系统

2．2．3喷嘴系统

2．3本章小结

第3章空化喷嘴的数值模拟研究

3．1几何建模

3．2网格划分

3．3数学建模

3．3．1多相流模型

3．3．2湍流模型

3．3．3离散方法

3．4数值模拟

3．4．1基本参数设置

3．4．2边界条件设置

3．4．3参变量设定

3．5本章小结

第4章数值模拟结果与分析

4．1空化判据

4．2数值模拟结果与分析

4．2．1出口扩散角对喷嘴空化性能的影响

4．2．2入口收缩角对喷嘴空化性能的影响

4．2．3圆柱段直径对喷嘴空化性能的影响

4．2．4工作水深变化对喷嘴空化性能的影响

4．2．5喷嘴入口压力对喷嘴空化性能的影响

4．2．6喷嘴结构类型对喷嘴空化性能的影响

4．3本章小结

第5章空化水射流清洗系统的实验效果

5．1实验平台的硬件组成

5．2实验平台的安装与调试

5．3金属板清洗实验

5．3．1铝板清洗实验

5．3．2锈板清洗实验

5．3．3沥青板清洗实验

5．4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢

个人简历