水力空化发生装置的研究

论文摘要

空化现象是液固交界面上或液体内部蒸气或气体的空泡(空穴)的形成、发展和溃灭的过程,是一种非常复杂的流体动力学现象。空泡在液体中运动和溃灭时会产生瞬时高温、高压、并伴随着强烈的冲击波和高速射流。空化具有的这种特点,使得在通常情况下难以发生的化学反应可以利用空化实现,为我们所用。例如：在清洗方面,空化水射流清洗法对碳氢化合物类沉淀物的清洗特别有效,在该环境下有机化合物大大递减,而无机化合物也能被氧化减少；用于材料切割、岩石破碎和油井解堵；用于材料的超细粉碎；用于改善材料的表面性能；促进化学反应,空化水射流化学效应主要表现为直接热分解、自由基氧化和超临界水氧化等,利用空化水射流产生的物理、化学效应处理污水将开辟全新的水处理技术技术新领域。为了探究空化机理,研究空化发生装置的优化设计,寻求最佳结构参数,为水力空化发生装置的研制提供理论依据和指导。本文采用高速摄影装置,利用图像处理方法,对以多孔孔板为发生器的水力空化过程进行实验,通过实验总结得到设计水力空化装置所需的最佳参数。本文根据标准孔板的结构设计模型,设计制作了十二块多孔孔板。十二块多孔孔板分别在开孔率、开孔直径、孔数、孔的排布、是否有中心孔方面存在不同,利用这些孔板进行水力学试验。运用图像处理得到实验数据并采用平均灰度值进行分析,探索多孔孔板结构参数对水力空化效果的影响。研究结果表明,管路的空化效果可以利用平均灰度值得到很好的评价；在通过改变孔径和改变孔数两种改变开孔率的不同方式,得到同一开孔率后,得到不同对应的管路的平均灰度值,分析可知通过改变孔径改变开孔率的方式对空化效果影响更为明显。开孔率过低,不仅不利于水力空化效果的产生,相反由于局部阻力损失的存在,能量损失过多,反而会导致空化效应不明显,空化发生流量区域变小。在相同开孔率下,孔板中心开孔和孔的排布方式不同会对空化发生流量区域、最大体积流量都有很大的影响,尤其是对于局部阻力损失的影响尤为明显,导致空化效果不同。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出和研究意义
• 1.2 国内外研究现状及应用进展
• 1.2.1 水处理与工程学科进展
• 1.2.2 存在的问题与发展趋势
• 1.3 课题研究的意义与目的
• 2 实验研究方法与设计
• 2.1 实验装置设计
• 2.1.1 实验台设计
• 2.2 高速摄像设备
• 2.3 多孔孔板结构设计
• 2.3.1 多孔孔板设计准备
• 2.3.2 孔板设计方案
• 2.4 实验进程
• 2.4.1 实验需要注意的问题
• 2.4.2 实验的操作步骤
• 2.4.3 实验现象观察及实验数据分析
• 3 实验结果分析
• 3.1 实验数据处理方法
• 3.1.1 图像处理技术
• 3.1.2 Matlab软件在图像处理中的应用
• 3.2 本文图像处理方法
• 3.2.1 空化效应的平均灰度值分析方法
• 3.2.2 平均灰度值计算方法
• 3.3 多孔孔板结构特性对空化效果影响分析
• 3.3.1 不同改变开孔率方式对空化效果影响分析
• 3.3.2 有无中心孔对于空化效果的影响分析
• 3.3.3 圆心圆级数对于空化效果的影响分析
• 3.3.4 孔的排布方式对于空化效果的影响分析
• 4 结论及展望
• 5 参考文献
• 6 发表论文情况
• 7 致谢