空化清洗喷嘴的射流流场的数值模拟研究

论文摘要

空化射流具有效率高、节水省时、成本低、无污染等优点。多用于煤矿开采、石油钻井等领域,并在船体、管道清洗中己得到初步应用。本文以设计空化清洗喷嘴的最优结构参数为目标,应用空泡动力学、空化与湍流等理论,分析了空化射流清洗的特点、空化射流的形成机理、空化作用理论及动力学特性;理论分析了空化喷嘴的工作原理、结构特性、产生强烈空化射流的流场的特性、射流流动特征等。为了研究喷嘴几何参数对射流流场性能的影响,文章采用计算流体力学的原理,依照计算前处理的次序介绍了数值模型的建立、网格划分、边界条件和初始条件的设定、计算控制参数设定等。并采用FLUENT软件中的湍流模型对射流流场的速度、压力、等物理量进行了三维流动的数值模拟研究。在边界条件和初始条件相同的情况下,分别改变角形喷嘴和收缩管形喷嘴的改变扩散角的大小、扩散段的长度及圆柱段的长度,用FLUENT软件对两种喷嘴射流的速度和压强衰减特性进行了模拟和分析,分别得到了两种喷嘴的最佳结构参数。最后,利用FLUENT软件在N-S方程的基础上建立流动模型,选用混合模型结合基于密度变量的空化模型和RNGκ?ε湍流模型,对角形喷嘴和收缩形管喷嘴的二维射流流场进行了数值模拟;分析了两种空化喷嘴内部和外部的压力场、速度场和汽含率的分布规律,并以压力、速度及汽含率为评价参数对优化后的空化喷嘴的结构进行了综合分析和比较,验证了两种空化喷嘴的空化清洗效果,为实际应用提供理论参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 创新点摘要
• 前言
• 1. 空化射流清洗技术的特点
• 2. 水射流技术的发展
• 4.本课题研究的意义
• 5.本课题研究的主要内容
• 第一章 空化射流技术理论
• 1.1 空化的产生
• 1.2 空化数
• 1.3 空化射流的原理
• 1.4 空化水射流的分类
• 1.4.1 尾流型空化水射流
• 1.4.2 振荡型空化水射流
• 1.4.3 剪切型空化水射流
• 1.5 空化水射流技术应用
• 第二章 空化泡作用与力学分析
• 2.1 空化泡的作用理论
• 2.1.1 机械作用理论
• 2.1.2 压力脉动作用理论
• 2.1.3 化学腐蚀作用理论
• 2.1.4 电化学作用理论
• 2.1.5 热作用理论
• 2.2 空化泡的静力学分析
• 2.3 空化泡运动时的水力模型
• 2.4 空化泡破灭时的压力计算
• 2.5 空化泡破灭时的温升分析
• 第三章 射流基本参数及喷嘴模型
• 3.1 淹没条件下水射流的结构
• 3.2 射流的基本参数
• 3.3 水射流对物体的冲击力
• 3.4 最佳靶距
• 3.5 喷嘴模型的设计
• 第四章 空化喷嘴的CFD 建模
• 4.1 计算流体力学简介
• 4.2 GAMBIT 简介
• 4.2.1 GAMBIT 的主要特点
• 4.2.2 GAMBIT 的基本操作步骤
• 4.3 FLUENT 软件简介
• 4.3.1 FLUENT 软件的应用
• 4.3.2 FLUENT 软件的组成
• 4.3.3 FLUENT 程序求解步骤
• 4.4 数值计算模型
• 4.4.1 湍流模型
• 4.4.2 基本假设
• 4.4.3 空化模型
• 4.4.4 混合模型
• 第五章 空化喷嘴的优化
• 5.1 网格划分
• 5.2 流场模拟
• 5.3 喷嘴优化
• 5.4 空化喷嘴的汽液两相模拟
• 5.4.1 网格划分
• 5.4.2 流场模拟分析
• 5.4.3 速度场分析
• 5.4.4 轴向压力曲线分析
• 5.4.5 含气率分析
• 结论
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢