空化射流喷嘴流场数值模拟研究

摘要

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。但目前对空化水射流的研究还有许多欠缺，如射流喷嘴的具体结构参数以及如何使空化射流的冲击破碎能力提升等。本文将对此进行研究。
　　在空化水射流系统中，决定射流性能的关键性部件为喷嘴。本文采用ANSYS软件包中的Workbench平台内的FLUENT模块来对喷嘴的内部流场进行数值模拟分析，研究喷嘴结构参数对喷嘴性能的影响，在此基础上设计出一种新型集中式旋转空化射流喷嘴。
　　根据自振空化射流喷嘴的基本结构，对其主要结构参数如喷嘴的扩散角、扩散段长度以及圆柱段长度等对喷嘴性能的影响进行分析。应用FLUENT软件，基于多相流模型为Mixture混合模型，湍流模型为RNG k-ε模型，对喷嘴模型依次进行网格划分、设置物理模型、调出空化模型、设置初始条件和边界条件，其中喷嘴的入口压力设置为20MPa，然后进行初始化进行仿真分析。在完成仿真分析后，创建沿X轴方向的剖面，通过建立的剖面显示压力云图和速度云图并进行对比分析，在x-y plot中对压力分布图和速度分布图进行导出并对比分析。通过对比得到自振空化射流喷嘴的较优结构参数。
　　设计出一种集中式旋转空化射流喷嘴，并对该喷嘴进行三维建模，其特征在于增加的进气结构，进气口设置的初始压力为10MPa。论文对集中式旋转空化射流喷嘴的主要结构参数—进气口数量、进气口倾斜角和进气口与出口腔起始段间距等对喷嘴的性能影响进行了分析。通过正交试验研究，得出了集中式旋转空化射流喷嘴的较优参数组合，为该型喷嘴的应用提供了理论指导。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1绪论

1.1 水射流技术的分类

1.2 水射流技术的应用

1.3 国内外研究现状

1.4 本课题研究的意义与主要内容

2空化射流与旋转射流理论研究

2.1 空化射流原理

2.2 旋转射流理论研究

2.3 旋转射流的运动方程

2.4 旋转射流的速度分析

2.5 本章小结

3自振空化射流喷嘴研究

3.1 自振空化射流喷嘴物理模型

3.2 自振空化射流喷嘴的CFD建模

3.3 模型建立与网格划分

3.4 空化射流喷嘴几何参数对喷嘴性能的影响分析

3.5 本章小结

4集中式旋转空化射流喷嘴的设计与开发

4.1 集中式旋转空化射流喷嘴结构

4.2 集中式旋转空化射流喷嘴的仿真研究

4.3 流场模拟

4.4 喷嘴的仿真结果分析

4.5 喷嘴进气结构分析

4.6 集中式旋转空化射流喷嘴的结构优化

4.7 本章小结

5结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间学术论文及科研情况

致谢