低压自激脉冲空化射流的空泡运动特性研究

摘要

自激脉冲空化射流是一种新型高效的射流技术，它的发展丰富了制造业、清洗业和采掘业的技术手段。针对大型储存设备清洗提出的低压大流量自激脉冲空化射流更凸显出了其独特的清洗优势，对储罐清洗行业产生了变革性的影响。因此，深入对低压大流量自激脉冲空化射流技术的模拟及试验研究对于推进其工程实际应用具有非常重要的指导意义。
　　在总结国内外文献资料的基础上，综述了低压自激脉冲空化射流的研究背景、研究意义和应用前景，分析了现阶段低压自激脉冲空化射流研究存在的问题。
　　对低压自激脉冲空化射流中出现的空泡运动特性、空泡汽液相界面质量传递和射流频率特性进行了分析。综述了水流气核分布、流场压力分布、壁面物性、流场温度、黏性应力等因素对空化的影响。结合“弹簧理论”与自激脉冲射流频率特性，论述了低压自激脉冲空化射流发生与涡环溃破的推想。
　　对现有的多相流模型、空化模型和湍流模型进行综述和分析，确定了与本课题相适应的物理模型。对网格独立性和时间步长影响进行验证和分析，确定了网格数及时间步长。在考虑重力因素的影响下，对低压自激脉冲空化射流内部流场进行三维数值模拟，结果表明，重力因素会对腔室内部流场的变化产生重要影响。
　　以自行设计的透明喷嘴和射流试验装置为平台，通过试验，得出了最佳脉冲工况下腔室内部流场及射流的脉冲演变过程。对试验数据进行傅里叶变换，得出了工作压力、上喷嘴直径、腔长以及碰撞角对自激脉冲频率和振幅的影响，分析了低压自激脉冲空化射流的波形与频域特征。

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 自激脉冲射流的研究现状

1．2．2 空化射流研究现状

1．2．3 自激脉冲空化射流研究现状

1．3 存在的问题

1．4 课题的主要研究内容

第2章 低压自激脉冲喷嘴腔内空泡运动特性分析

2．1 空化气泡动力学特征分析

2．1．1 球形空化气泡的生长和溃灭

2．1．2 气泡在流场中的运动分析

2．2 空化气核的传质过程分析

2．3 自激脉冲空化射流频率特性分析

2．4 空化的影响因素分析

2．4．1 水流中含气量及气核尺寸的影响

2．4．2 气核中不可溶气体的影响

2．4．3 湍流强度的影响

2．4．4 压强分布的影响

2．4．5 液体黏性的影响

2．4．6 温度的影响

2．5 低压大流量自激脉冲空化射流发生理论推想

2．6 本章小结

第3章 空泡运动的物理模型分析

3．1 多相流模型

3．2 空化模型

3．2．1 基于欧拉法的空化模型

3．2．2 基于欧拉-拉格朗日法空化模型

3．3 湍流模型

3．4 物理模型选择

3．4．1 多相流模型的选择

3．4．2 空化模型的选择

3．4．3 湍流模型的选择

3．5 本章小结

第4章 低压自激脉冲空化射流喷嘴内部流场的数值模拟

4．1 几何建模及网格划分

4．2 网格独立性验证及时间步长影响分析

4．3 低压大流量自激脉冲空化射流喷嘴内部流场数值模拟

4．3．1 流场模拟结果与分析

4．3．2 三维模拟与试验效果对比分析

4．4 本章小结

第5章 低压自激脉冲空化射流试验研究

5．1 试验装置与试验方法

5．1．1 试验装置

5．1．2 试验方法

5．2 试验现象及分析

5．2．1 低压自激脉冲射流演变过程及分析

5．2．2 最佳工况数据分析

5．3 运行参数及结构参数对自激频率的影响

5．3．1 工作压力对自激频率的影响

5．3．2 上下喷嘴配比对自激频率的影响

5．3．3 腔长变化对自激频率的影响

5．3．4 碰撞角变化对自激频率的影响

5．4 自激振荡中的波形和频率

5．4．1 腔室内部压力变化曲线的波形规律

5．4．2 傅里叶变换与频率分析

5．5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文

致谢