生物质燃油条件下流场中壁面处空化气泡溃灭过程影响的仿真研究

论文摘要

空化是液体特有的一种动力学现象,发生在局部压力低于该温度下饱和蒸汽压的液体区域。随着计算流体力学的发展和计算机性能的提高,用数值模拟来分析流体机械内部的流动已经成为可能。应用数值模拟的方法可以对实验难以测量的参数进行预估,而不需要大量的实验,应用数值模拟的方法对流体机械进行分析和工程设计,有利于提高工作的可靠性和经济性。数值模拟方法已经成为流体机械分析、设计的一个重要手段。本学位论文以计算流体力学知识为基础,以商用CFD软件Fluent为工具,采用VOF模型和非稳态方法求解Navier-Stokes方程,基于生物质燃油条件,数值模拟近壁面以及附壁面空化气泡在流场中的溃灭过程,讨论并分析生物质燃油与其他液体的粘度、表面张力的变化对空化气泡溃灭过程的影响的区别。研究了液体粘度、表面张力等参量的变化对空化气泡溃灭周期及溃灭时产生的射流压强等特征参量的影响。数值模拟结果表明,在壁面处,空泡将形成非对称溃灭。因水锤作用,引发高速射流在壁面产生高压而形成空蚀破坏。液体的粘度会对气泡溃灭过程产生影响。液体粘度相当于阻尼作用,减缓了空泡膨胀和收缩过程,粘度的增加会减缓气泡溃灭,溃灭周期会增大。随着液体粘度的增加射流压强呈下降趋势；且粘度越大,固壁受到的射流压强越小。液体的表面张力会对气泡溃灭过程产生影响,表面张力的增加会加速气泡的溃灭,其溃灭周期会减小。液体表面张力愈大,所产生的射流冲击压强愈大,促进空化的作用效果。本文的研究结果不仅有助于加深对空化、空蚀现象的认识,为研究空泡溃灭和空蚀机制提供了依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 致谢
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 课题涉及的相关内容
• 1.3 空化气泡的研究进展
• 1.4 空化空蚀破坏机理及其影响因素
• 1.4.1 有关空化空蚀的概念
• 1.4.2 空化的分类及影响
• 1.4.3 空化空蚀破坏机理
• 1.4.4 空化空蚀的影响因素
• 1.5 空化射流
• 1.5.1 射流
• 1.5.2 逆射流
• 1.6 空化技术
• 1.7 本文主要研究内容
• 第二章 空化气泡动力学基础
• 2.1 气核的形成理论
• 2.2 空泡的发育
• 2.3 球形空泡的稳定性
• 2.4 空泡的溃灭
• 2.5 本章小结
• 第三章 近壁面空化气泡在流场中的溃灭过程研究
• 3.1 计算机数值模拟相关理论
• 3.2 模型建立
• 3.3 控制方程、二维建模与模型参数设置
• 3.3.1 控制方程
• 3.3.2 二维建模
• 3.3.3 模型参数设置
• 3.4 气泡溃灭过程
• 3.5 本章小结
• 第四章 附壁面空化气泡在流场中的溃灭过程研究
• 4.1 模型建立
• 4.2 控制方程、二维建模与模型参数设置
• 4.2.1 控制方程
• 4.2.2 二维建模
• 4.2.3 模型参数设置
• 4.3 气泡溃灭过程
• 4.4 本章小结
• 第五章 液体粘度对空化气泡溃灭过程的影响
• 5.1 液体粘度对近壁面空化气泡溃灭的影响
• 5.1.1 液体粘度对气泡溃灭周期的影响
• 5.1.2 液体粘度对射流压强的影响
• 5.2 液体粘度附壁面空化气泡溃灭的影响
• 5.2.1 液体粘度对气泡溃灭周期的影响
• 5.2.2 液体粘度对射流压强的影响
• 5.3 本章小结
• 第六章 表面张力对空化气泡溃灭过程的影响
• 6.1 液体表面张力对近壁面空化气泡的影响
• 6.1.1 液体表面张力对气泡溃灭周期的影响
• 6.1.2 液体表面张力对射流压强的影响
• 6.2 液体表面张力对附壁面空化气泡的影响
• 6.2.1 液体表面张力对气泡溃灭周期的影响
• 6.2.2 液体表面张力对射流压强的影响
• 6.3 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 附录一 攻读硕士学位期间发表的论文