低压自激脉冲空化射流喷嘴内部流场研究

【摘要】：作者对自激脉冲射流、空化射流和自激脉冲空化射流的研究现状和特点进行了综述和分析,总结了低压自激脉冲空化射流研究存在的问题,介绍了低压自激脉冲空化射流的研究价值和广阔的应用前景。 作者分析了气核的尺寸和数量、气核中不可溶气体、气核与水之间的相对速度、流场中的压强分布、湍流强度、气核内部汽化以及粘性应力等因素对空化的影响。总结分析了现有的空化模型,并且结合对影响空化的因素的分析,对现有欧拉-双流体模型进行了修正,进行了用户自定义UDF编程。 对自激脉冲空化射流喷嘴在未发生空化前进行了流场数值模拟,通过分析模拟结果,对湍流模型的选择、网格独立性验证和时间步长影响进行了分析,结果表明：只有RNG湍流模型在瞬态仿真中模拟射流剪切层中的小尺度涡,喷嘴内射流周围会形成大尺度涡环,涡核压力略低于上喷嘴压力,尖角内会形成次生漩涡,网格的大小和时间步长的大小对中心射流剪切层内小尺度涡的模拟有直接影响,这将直接影响空化初生。应用单相流湍流模型,对发生空化前、后的自激脉冲空化射流喷嘴内部流场进行了数值模拟,通过试验对未修正的空化模型和修正后的空化模型模拟结果进行了对比,结果表明后者修正模型优于原模型。 自行设计并搭建了低压自激脉冲空化射流试验装置,通过试验,发现了空化腔内在某特定的入口总压时,会发生压力突降的现象,找出了试验中最佳脉冲效果的喷嘴结构参数,分析了上喷嘴直径,下喷嘴长度,腔长以及碰撞角角度对脉冲效果的影响。 应用伯努力方程,分析了自激脉冲空化射流喷嘴在一定的入口总压时腔内总会出现压力突降的机理,结合试验结果,分析了产生最佳脉冲效果的条件。