空化水射流研究现状及其应用

综述了高压水射流技术发展及应用过程,认为空化水射流是一种富有发展前途的高效新型射流．通过对空化水射流机理、空化数和冲击压力两个重要空化参数的分析,显示了空化射流的潜在优势．实验表明人工淹没空化射流具有较强的冲蚀效果,并克服了靶距范围的不足．简要介绍了该技术应用于火箭发动机内脏固体推进剂清洗工程的射流系统设计．     

淹没空化水射流水下模拟实验装置的理论分析

在对影响淹没空化不射流性能因素的分析基础上，提出了实验室模拟水下切割的构想；计算分析了在高水深背景下的水下切割过程中，淹没水域环境的压力及温度变化，为模拟水下切割提供了实验依据。     

异形喷嘴与圆锥形喷嘴水射流流场对比研究

针对目前水射流作业中存在的效率低的问题,课题组对射流关键装置喷嘴的结构进行研究。采用了传统圆锥形喷嘴的最优尺寸参数,设计了2种新型异形喷嘴结构;通过SolidWorks建立了喷嘴的三维模型,利用FLUENT仿真软件模拟了3种喷嘴在不同入口速度条件下的流场情况。仿真结果表明：正方形喷嘴的射流离开喷嘴后射速最快,射流凝聚性最好,等速核最长,更适合于淹没射流下的作业。     

不同孔分布孔板的水力空化效果的数值模拟

基于大型流场计算软件FLUENT,选用标准κ-ε双方程湍流模型,针对多孔孔板水力空化器中圆形阵列、圆形均布和水平均布3种孔分布方式,对孔板汽含率、湍动能及流线速度矢量分布图等水力空化效果进行了数值模拟计算。结果表明,水平均布多孔孔板的空化效果优于圆形阵列和圆形均布多孔孔板,圆形均布孔板空化效果好于圆形阵列孔板;孔的分布方式对流速影响不大,但对孔板后临近壁面处漩涡产生的位置及数量有影响;空化大部分发生在孔板小孔内流域中,且高汽含率区域发生在孔板末端。     

淹没水射流锥形喷嘴的计算分析与试验比较

应用面元法对淹没水射流锥形喷嘴流动特性进行了简要的计算,并结合试验结果作了分析与比较,指出分析不同结构喷嘴内部及射流区域内的压力系数分布,可以得出喷嘴的收缩角α及圆柱段Ｌ与喷嘴冲蚀性能之间的关系,为对喷嘴的进一步研究提供了理论指导。     

结构参数对文丘里管空化性能影响的数值模拟研究

为了达到更好的空化效果，课题组基于FLUENT软件，采用标准κ ε湍流模型和Schnerr Sauer空化模型对文丘里管的空化流场进行数值模拟研究。通过对模拟所得的空化云图、蒸气体积分数及空化数进行对比分析，探究了文丘里管的喉径与管径比、入口角度、喉径与喉长比以及出口角度等结构参数对空化效果的影响规律。结果表明：空化效果随着喉径与管径比的增大先增强后减弱，且存在一个最适值；随着入口角度的增大，空化效果减弱；随着喉径与喉长比的增大，空化效应增强；随着出口角度的增大，空化效应减弱。研究结果可应用于文丘里管空化器的优化设计。     

基于直接接触凝结理论的汽液两相流升压模型

针对汽液两相流升压装置利用经验模型计算的过程中，仅能对出口压力进行计算，且计算值与实验值有较大误差的弱点，提出了用直接接触凝结（DCC）的理论求解汽液两相流的一维理论模型。计算升压装置的最大出口压力，分析其他参量的变化规律。结果表明，汽液两相流在凝结激波前为泡沫流，在凝结激波后完全凝结成单相水的情况下，升压装置的出口压力达到最大值。     

EGSB反应器布水装置进水方向对内部流场的影响

针对传统厌氧膨胀颗粒污泥床( EGSB,expanded granular sludge blanket)反应器布水装置进水不均匀、搅拌不充分 以及存在较大死区等缺点,提出周向进水的布水方式,采用欧拉一欧拉模型建立EGSB反应器内两相流计算流体力学模 型,模拟常规布水装置与周向进水装置下反应器的流动状态;通过改变进水管头数量来控制进水流速,模拟不同进水流 速下反应器内部流场的流动状态。模拟结果表明周向进水反应器具有更好的泥水混合效果和更高的膨胀床层,周向进 水结构能够达到搅拌目的的最小流速为0.555 m/s。周向旋流式进水方式较传统轴向布水方式能使反应器内介质更充 分混合,增加泥水接触面积,提供更有利于生化反应的流态。     

气液耦合激振下的空化泡动力学特性与试验研究

提出了一种气液耦合激振方式,通过控制气脉冲与液压油形成的通气空化泡产生的空化作用对液压系统内部污染物进行分散与剥离。建立了波动发生器作用下的通气空化泡动力学方程,数值模拟了激励气压对气泡空化过程的影响,揭示了通气空化泡发生、生长和破灭的动力学过程。通过ANSYS Fluent计算了流场压力及分布云图。开发了气液耦合激振试验系统,采用压力变送器及数据采集卡对流场的激振压力进行采集及滤波处理。试验数据与仿真结果表明:随着通气压力的升高,空化效应增强,气泡空化过程从稳态向瞬态演化,最终使流体激振压力增大。数值模拟与试验结果能较好吻合,表明气液耦合激振下的通气空化泡所产生的气泡空化过程具有可控性,为复杂液压系统的在线不拆卸清洗研究提供参考。     

基于Fluent低压旋流喷嘴下游流场数值模拟及分析

运用Fluent软件模拟了低压旋流喷嘴下游流场喷雾情况。利用欧拉 拉格朗日模型模拟气液两相耦合流动。模拟显示：喷嘴喷雾形状为空心锥状,与实验得到的喷雾形状相符。喷雾的液滴速度分布于15~25m/s之间,且随轴向距离的增大而减小;喷雾的液滴直径沿轴向距离增大而增大。     

汽液两相喷嘴中临界流的简化数学模型

本文介绍了考虑汽液两相间的传热、传质与动量交换后,汽液两相喷嘴中临界质量流速的简化数学模型,并根据他人试验结果所作的近似假设,提供了喷嘴中汽液两相流的临界压比计算式。     

新型涡流空化器的实验研究

目前利用空化释放出能量是充分利用能量的一种新方法,为此设计了一种新型的涡流空化器,定量分析了空化 引发?OH（羟自由基）产量与空化强度的关系。文中以亚甲基蓝作为羟自由基的捕捉剂,使用紫外一可见分光光度计间 接测定了水力空化产生的?OH产量,并利用该方法对涡流空化器空化效果进行了实验研究。分析了旋流腔直径、空化 器出液管直径和空化器进液管流速等工艺参数对自由基产量的影响。力求寻出有利于空化发生以及提高空化作用强度 的适宜空化器的设计工艺。结果表明：进液管流速越大,出液管直径越小,旋流腔直径越小,?OH摩尔浓度越大。与孔 板水力空化器对比,涡流空化器单位压降的?OH的摩尔涨度是孔板水力空化器的13. 99 - 68. 19倍,说明涡流空化器能 量利用率更高,空化效果更好。     

低固相含量液流中磨蚀翼型空化特性研究

针对水力机械内部空蚀及泥沙磨损联合作用破坏问题,探索空化促进磨损破坏的方式。在闭式循环装置的收缩－扩散实验段中,采用激光-CCD系统获取低固相含量下空化场中翼型表面多个断面的空穴结构分布,分析了空穴结构空间分布规律及其初生、发展、脱落、溃灭的周期性行为特征。针对空穴结构分布,采用了一种基于统计原理的图像处理方法,获得了空泡云平均值及标准差值的灰度分布,前者为流场中各位置的空化程度,后者为各位置空泡云体积变化率的分布。结合已有的空蚀磨损研究成果认为,水力机械内部空化促进颗粒磨损的方式取决于空穴结构及其体积变化率在流场中的分布规律。     

液体射流直径对大液气质量比双通道气流式喷嘴雾化性能的影响

采用水-空气系统,研究了液体射流直径对双通道气流式喷嘴雾化性能的影响。结果表明:当液气质量比为0.82~5.48时,液体射流直径对雾滴直径有显著影响。在液气质量比一定的条件下,随液体射流直径的增加,雾滴直径呈先减小后增大的变化趋势。当液体射流速度为2~4 m/s时,雾滴直径最小。     

气动雾化喷嘴辅助雾化孔角度优化

为了改善气动雾化喷嘴的雾化质量，课题组基于FLUENT软件，对气动喷嘴喷雾的形成过程进行数值模拟。建立了气动雾化喷嘴的空气与水的流动模型，通过气液耦合分析，探究辅助雾化孔角度的改变对雾化特性的影响，包括流场扩展程度变化规律、检测平面受到喷涂压力的变化规律以及液滴索特平均粒径（SMD）的变化3个方面的影响。仿真结果表明：对于本课题的模型而言，辅助雾化孔角度取40°时雾化效果较好；在满足雾化液滴粒径要求的前提下，气动雾化喷嘴应尽量选用较小的辅助雾化孔角度。     

喷孔锥度对喷气织机环槽型辅助喷嘴性能的影响

为提升引纬质量，课题组设计了一种环形槽型喷孔辅助喷嘴，并通过数值模拟探究辅助喷嘴结构对喷射性能的影响。课题组依据喷射出口面积等效原则，设计了3种环槽型辅助喷嘴，并分别建立了环形槽结合中心式辅助喷嘴的流场模型；利用FLUENT软件对建立的流场模型进行数值模拟，得到供气压力0.3 MPa时不同喷孔锥度的各环槽型辅助喷嘴对称面上速度云图、出口流速中心线上速度分布曲线图、气耗量，以及距喷嘴出口20，50，70 mm处截面速度分布图。结果表明：对同种环槽型辅助喷嘴，随着喷孔锥度增大，辅助喷嘴的喷射性能明显增强；喷孔锥度大于0°时,喷孔锥度增大各喷嘴出口处射流速度也随之增大。环槽型辅助喷嘴为喷气织机引纬提供了一种效率更高的方法。     

基于CFD流场分析的反应釜搅拌器结构改进

承压反应釜在固液混合过程中往往伴随强烈的热传递效应,而密度较低的粉末状固相介质与液体混合的难度相 对较大,投料溶入效果不佳和物料结团漂浮等问题较常见。针对此类反应釜的搅拌不充分等问题,采用CFD技术指导 反应釜内搅拌器结构进行设计和改进,对反应釜内的固液搅拌混合过程进行了三维数值模拟。数值计算采用多重参考 系法( MRF),K-ε湍流模式以及Mixture多相流模型,模拟了反应釜中的流场形态,通过混合过程的两相流计算得到固相 体积分数的分布情况和变化规律,并在此基础上预测了混合时间。结果表明：改进后的搅拌器效果明显增强,该混合过 程的CFD模拟可得到相对准确的流场分布及各项特性参数预测结果,可为该类反应釜搅拌器的设计和优化提供参考     

喷孔锥度对喷气织机辅助喷嘴喷射性能的影响

为探究喷孔锥度对喷气织机多圆孔辅助喷嘴喷射性能的影响规律,课题组设计了3类等大中心环形分布喷孔辅助喷嘴,研究其流场特性。分别建立了不同喷孔锥度时3类辅助喷嘴的流场模型;利用FLUENT软件对上述流场模型进行数值模拟,得到供气压力0.3 MPa时各辅助喷嘴对称面上速度云图、出口流速中心线上速度衰减曲线图及距喷嘴出口不同距离处截面速度分布图;提取截面上速度分布数据点得到了3类多圆孔辅助喷嘴0°和10°时距出口不同距离处截面速度径向分布图。结果表明：随喷孔锥度增大,各多圆孔辅助喷嘴的喷射性能明显增强;喷孔锥度大于0°时,喷孔锥度越大各型喷嘴出口处射流速度也随之增大。课题组既分析了喷孔锥度和孔心距各自单一因素对喷嘴喷射性能的影响,又考虑了喷孔锥度和孔心距双因素对喷嘴喷射性能的影响,结果表明喷孔锥度对辅助喷嘴整体喷射性能的影响较孔心距的影响更为显著。     

淹没状态下超高压磨料水射流切割实验研究

利用水射流切割实验系统,在80～240 MPa压力范围内对完全淹没状态下磨料水射流切割岩石的性能进行了实验研究.通过实验及数据分析,得出了磨料粒径和质量流量、射流压力、靶距、切割横移速度等参数对射流切割性能的影响规律.结果表明,在实验给出的工况条件下,磨料流量存在最佳值,在一定范围内切割深度随磨料流量增加而增加,当磨料流量达到一定值后,切割深度随流量增加反而下降;切割深度与射流压力基本呈线性增长关系;随着靶距的增大,切割深度逐渐减小;切割深度随切割速度的增加呈指数衰减趋势.     

基于CFD的不同搅拌组合多相流流场研究

针对在设计发酵搅拌设备过程中往往依赖经验判断传质混合效果以及能耗等的现状，课题组利用CFD技术对设计的4种搅拌模型进行气液两相流非稳态数值模拟。模拟采用了多面体网格划分物理模型以及滑移网格模型法求解，探究了其速度场、气相体积分数和功率耗损情况。结果表明：相同工况下，不同搅拌组合的流场特性差异较大；上桨采用径向流桨的搅拌组合形成的混合流场整体速度分布更均匀，能为釜内物质提供更佳的混合和传递效果；同时上桨和底桨采用6半圆叶圆盘涡轮桨的搅拌组合C气液分散性能更好；功耗方面，搅拌组合A>组合C>组合B>组合D。模拟结果及分析可为气液反应釜搅拌器的设计及优选提供重要的参考。