文丘里管水力空化器的数值模拟

摘要

利用水利空化装置处理污水是当前比较常见的方法，而产生空化最常用的模型就是文丘里管。文丘里管与孔板的结合可以更好地产生空化，当发生水力空化时，会在空泡周围极小空间内产生热点，并伴随瞬时高温、高压，具有强烈的微射流和冲击波，并且可以释放出巨大的能量，而就是利用这种能量去除污水中的一些细菌等。本论文拟利用文丘里管和孔板结合装置进行空化模拟研究。 首先利用SolidWorks软件，建立文丘里管与孔板的结合模型，然后利用GAMBIT软件绘制网格，最后利用FLUENT软件对文丘里管水力空化器进行数值模拟研究。通过对40组水力空化装置的大量模拟，确认对于文丘里管空化效果影响最大的因素，从而得到最优空化模型。在对文丘里管和孔板结合的单因素影响分析中，先后对有中心孔孔板和无中心孔孔板的孔板大小以及孔板厚度对于空化效果的影响进行研究，进而找到本研究模型中最佳的水力空化装置。在多因素研究方面，本论文采用四因素四水平正交实验研究法，设计了16组装置进行模拟，最后利用Minitab对于模拟结果进行极差分析、回归分析、方差分析以及R语言软件进行编程，对于空化模拟效果进行评价。 研究的结果显示无中心孔的孔板随着孔板厚度的增加，空化效果越来越明显，而有中心孔孔板的空化效果并不显著。其次，参照影响因素的交互作用，通过多因素分析得到了影响文丘里管水力空化器空化效果的因素图谱并找到最佳的水力空化装置参数。最后，通过R语言编程进一步确认模拟效果的可行性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1研究背景

1．2国内外研究现状

1．2．1国内水力空化进展

1．2．2国外水力空化进展

1．3存在问题与发展趋势

1．4课题研究的内容

2基于CFD的文丘里管数值模拟

2．1流体力学控制方程

2．1．1质量守恒方程(连续性方程)

2．1．2动量守恒方程(N-S方程)

2．1．3能量守恒方程

2．2 FLUENT数值模拟软件简介

2．2．1前处理

2．2．2求解器

2．2．3后处理

2．3．1多相流模型

2．3．2空泡动力学模型-Rayleigh-Plesset方程

2．3．3空化模型

2．4计算方法

2．4．1湍流数值模拟

2．4．2几何建模及网格划分

2．4．3计算策略和步骤

2．4．4不同喉部长度的文丘里管对于水力空化效果模拟

2．5本章小结

3文丘里管与单孔孔板结合的单因素数值模拟分析

3．1文丘里管与有中心孔孔板结合数值模拟分析

3．1．1不同孔大小对于空化效果数值模拟分析

3．1．2不同孔板厚度对于空化效果数值模拟分析

3．2文丘里管与无中心孔孔板结合数值模拟分析

3．2．1不同孔大小对于空化效果数值模拟分析

3．2．2不同孔板厚度对于空化效果数值模拟分析

3．3本章小结

4 文丘里管与单孔孔板结合的多因素数值模拟分析

4．1基于Minitab对于文丘里管与单孔孔板结合的多因素分析

4．1．1极差分析

4．1．2回归分析

4．1．3方差分析

4．1．4 Minitab分析结果与速度云图以及气含率云图对比

4．2基于R语言对于文丘里管与单孔孔板结合的多因素分析

5结论与展望

5．1结论

5．2创新之处

5．3不足之处

参考文献

7研究生期间论文发表情况

致谢