多级串并联文丘里管内空化特性研究

【摘要】：空化是一种复杂的气液相间的多相流动现象,其实质是液体流动过程中的局部低压引起空泡的初生、成长到溃灭的全过程。空化过程中会有5000K以上的高温和50MPa左右的高压产生,并伴有强烈的冲击波和时速高达400km/h的水射流。所以合理的利用空化所产生的这些特性成了探究水力空化现象的起始点。本文主要以文丘里管作为研究空化的载体,分别对单级、串联以及并联文丘里管进行数值模拟,结合实验验证(绿豆种子吸水率实验),探究不同操作条件(入口压力、温度),以及不同喉部尺寸、出口锥角下,多级串、并联文丘里管内空化的特性。以平均气含率(气相体积与文丘里管总体积比值)为表征空化效果的参数,得到上述因素与多级串、并联文丘里管内空化效果的关系。理论方面:以质量守恒、动量守恒、能量守恒三大守恒方程为理论基础,推导文丘里管内压力损失模型和水汽两相动态空化模型,以及建立文丘里管几何模型的结构设计模型。根据空泡动力学方程以及空化数这一无常纲量,结合文丘里管内的空化特性,建立合理的文丘里管数值模拟控制方程和湍流模型。数值模拟方面:利用ICEM进行多级串、并联文丘里管模型的网格划分,再对文丘里管在FLUENT软件中的数值计算方法以及边界条件进行设置;利用建立的文丘里管模型对所设置的数值计算方法进行验证,得出可靠文丘里管数值计算结果;并对瞬态的空化过程进行一个量化的描述。实验研究方面:建立合理的文丘里管空化装置,进行相同操作压力下多级串、并联文丘里管以及不同出口锥角下单级与串联文丘里管空化效果的验证实验,通过对空化水样的温度和电导率进行测量,并通过绿豆种子的吸水率实验,综合来对文丘里管内空化效果进行表征,得出与数值模拟相吻合的结果,为文丘里管的实际应用提供理论参考。