低压大流量自激脉冲空化射流打击特性研究

摘要

低压大流量自激脉冲空化射流作为一种新型高效的射流技术，有着自身特有的优势，尤其是在大型储罐清洗作业中的应用。本文对自激脉冲空化射流的作业特点、目前的研究现状及应用前景进行了综述，总结了目前研究中存在的问题。针对运行参数及结构参数对靶距、出口动能及射流打击力特性的影响，进行了理论研究、试验验证及数值模拟。
　　首先针对本文所分析的低压大流量自激脉冲空化射流流场的特性，选择并介绍了射流场湍动力学的控制方程、湍流模型方程、多相流模型方程及空化模型方程。
　　应用Fluent软件，针对不同运行参数及不同结构参数下的低压大流量自激脉冲空化射流喷嘴的内部流场进行了数值模拟，通过分析模拟结果得到的腔内压力云图，研究腔内低压区及空化气囊分布随时间的变化;对比气相体积分数云图及喷嘴出口速度，分析运行参数及结构参数对喷嘴腔内空化气囊的分布及打击力特性的影响。
　　对低压大流量自激脉冲空化射流喷嘴的外流场进行模拟，分析外流场射流结构的变化及靶距对射流打击特性的影响;通过对重力与非重力工况下的外流场分别进行模拟，分析重力因素对射流打击特性的影响;改变入口压力及结构参数，分析射流在靶盘上打击力分布的变化。
　　对脉冲空化射流的试验目的、试验装置及测试系统进行了介绍。阐述了相关的试验内容。基于能产生明显脉冲效果的一组结构参数配比的喷嘴，通过逐一改变结构参数的试验方法，分析了该工况下的最优靶距及脉冲射流的发生机理;总结了运行参数及结构参数对最优靶距、射流频率的影响。

目录

声明

摘要

符号说明

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 自激脉冲射流

1．2．2 空化射流

1．2．3 自激脉冲空化射流

1．2．4 空化射流外流场

1．2．5 空化射流打击特性

1．3 存在的问题

1．4 课题的主要研究内容

第2章 空化射流湍动力学模型

2．1 低压大流量自激脉冲空化射流形成过程简介

2．2 射流场控制方程

2．3 湍流模型方程

2．3．1 标准k-ε湍流横型方程

2．3．2 RNG k-ε湍流模型方程

2．4 多相流模型方程

2．5 空化模型方程

2．6 本章小结

第3章 空化腔内部流场的模拟分析

3．1 几何建模及网格划分

3．2 基本工况下空化腔内部流场的数值模拟

3．3 参数对自激脉冲效果的影响

3．3．1 不同压力的影响

3．3．2 不同下喷嘴直径的影响

3．3．3 不同腔长的影响

3．3．4 不同腔径的影响

3．4 本章小结

第4章 空化射流外流场的模拟分析

4．1 几何建模及网格划分

4．2 基本工况下喷嘴外流场的数值模拟

4．3 参数对打击力分布的影响

4．3．1 不同靶距的影响

4．3．2 不同压力的影响

4．3．3 不同腔长的影响

4．3．4 不同腔径的影响

4．3．5 不同下喷嘴直径的影响

4．4 考虑重力因素的喷嘴外流场模拟

4．5 本章小结

第5章 空化射流打击力试验研究

5．1 低压大流量自激脉冲空化射流试验

5．1．1 试验目的

5．1．2 试验装置和测试系统

5．1．3 试验内容

5．2 基本工况下最优靶距的结果分析

5．2．1 低压大流量自激脉冲空化射流的现象分析

5．2．2 低压大流量自激脉冲空化射流喷嘴的量优靶距分析

5．2．3 脉冲射流与普通射流量优靶距的比较

5．3 参数对最优靶距的影响分析

5．3．1 不同压力的影响

5．3．2 不同腔长的影响

5．3．3 不同腔径的影响

5．3．4 不同下喷嘴直径的影响

5．3．5 不同碰撞角的影响

5．4 脉冲射流的频率分析

5．4．1 不同上下喷嘴直径的比值的影响

5．4．2 不同腔径的影响

5．4．3 不同碰撞角的影响

5．5 本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文

致谢