表面不平整突体跌坎空化特性与水力空化发生元件优化研究

摘要

本文的主要工作分为两个部分：（1）利用PIV测试研究跌坎流场的空化特性；（2）利用Flow-3D数值模拟软件，对水力空化发生元件进行优化研究。
　　 第一部分是以减少空化空蚀的负面影响作用为出发点，用先进的量测仪器在浙江工业大学水力学实验室直流式水洞中对高速水流空化区的掺气特性进行较为系统的试验研究，并分析比较不同掺气浓度时常见的两种不平整突体（垂直跌坎、斜坡跌坎）形成的空化区流场二维结构。实验结果显示，跌坎类不平整突体形成的空化云区范围较小、清晰度较低、强度较弱，空化现象不太明显，通过掺气可以有效减轻跌坎引起的空化程度。而在突体高度一致的条件下，斜坡跌坎较垂直跌坎所引起的空泡云区范围更小，空化程度更轻。所以实际工程中，在无法避免水工泄水建筑物过流固壁局部表面的一些施工误差和施工后残留的不平整体突起的情况下，可尽量用斜坡跌坎类突体替代其他形式的不平整突体，从而减弱不平整突体所引起的空蚀破坏。
　　 第二部分是以利用空化空蚀的正面影响作用为出发点，基于水力学原理，建立一套符合水力学条件的水力空化实验装置及多种水力空化发生元件，利用计算流体力学软件Flow-3D对空化发生元件（三角形多孔板）进行空化流场分析，寻求有利于空化发生以及提高空化作用强度的适宜操作条件，将理论与实验结果相比较，进一步验证研究结果。进行此项工作，不仅对于探索空化机理，认识空化规律具有重要的理论意义，并为水力空化装置的优化设计提供了依据，对实验具有积极的指导意义，对开发应用新型水处理技术--水力空化有着实用价值。

目录

文摘

英文文摘

符号说明

引言

第1章 绪论

1.1 表面不平整突体空化特性国内外研究现状

1.2 水力空化反应器国内外研究现状

1.3 本文研究内容

第2章 试验设备与量测技术

2.1 水洞系统

2.2 DANTEC-PIV

2.3 SINOCERA压力数据采集系统

2.4 Uflo2000P超声波流量计

2.5 Flow-3D

第3章 数学模型与数值方法

3.1数值模拟简介

3.2 空化数学模型

3.2.1 空化模型

3.2.2 湍流模型

3.3 数值方法

3.3.1 基本方程

3.3.2 常用的离散化方法

第4章 低于50m/s高速水流流经跌坎空化区流场的试验研究

4.1 空化区粒子图像

4.2 不平整突体空化区流动特性分析

4.32mm垂直跌坎垂直、水平剖面水流速度分析

4.42mm斜坡跌坎垂直、水平剖面水流速度分析

4.52mm垂直跌坎与2mm斜坡跌坎流动特性比较

4.6 本章小结

第5章 高于50m/s高速水流流经跌坎空化区流场的试验研究

5.1 粒子图

5.2 矢量图

5.3 流速对比图

5.3.12mm垂直跌坎垂直、水平剖面水流速度分析

5.3.25mm垂直跌坎垂直、水平剖面水流速度分析

5.4 本章小结

第6章 水力空化反应器空化特性的数值模拟

6.1 实验设备的建立

6.2 实验装置的水流空化状态描述

6.3 空化特性的数值模拟

6.4 计算结果与分析

6.4.1 三角形多孔板孔口尺寸的影响

6.4.2 三角形多孔板开孔率的影响

6.5 本章小结

第7章 结论与展望

7.1 表面不平整突体跌坎空化特性结论

7.2 水力空化反应器空化特性的数值模拟结论

7.3 展望

参考文献

致谢

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