基于内部流场的空化器结构反求及影响空化过程因素研究

【摘要】：一般谈到空化指的是:液体在一定流动的作用下,压力降低,其内部的局部区域压力低到一定程度时,从而诱发蒸汽气泡的出现、发育,然后爆炸性的成长到很大,而后空泡在外压作用下,破碎,消失,再溶解到液体中,此过程如此反复循环。这就显而易见的指出了空化的整个过程,即从空化出现、到发展变大、到溃灭消失,到再生这一过程。空化过程中空泡溃灭中会释放巨大能量,产生局部点高温、高压,带来了令人振奋的应用前景。其广泛用于强化化学过程、强化物理机械过程、物体表面清洁、材料切割和地面挖掘等方面,此外还可以增强金属材料的性能,空泡船、空化碎结石、油粘性降解、呼吸气源等很多方面应用。为了充分利用空化技术,弄清楚空化器内部结构尺寸,空化强度影响的因素,空化时能量释放的过程,空化器在运行中的应力分布等问题。本文借助目前最为广阔使用的ANSYS-Fluent软件,利用其高效、低成本、适用性强等的特点,模拟分析多孔漩流—文丘里组合式空化器内部的空化流动,提取了空化流动规律;获取空化后处理云图。建立对比评价标准,将甲基紫对比实验的结果,原始资料流场分布云图与模拟结果云图进行对比分析分析,获取空化器内部流体的结构尺寸,最终得到空化器真实内部结构与尺寸。在前文分析基础上,考察了物性属性参数、结构尺寸、操作条件等对空化强度效应的影响;分析了不同缩口形式的空化发生器对空化强度的影响,获取了最优结构尺寸。然后研究了最优空化发生器的结构受力情况。所取得的一些成果列于下面:(1)基于ANYSS-Fluent软件,建立了一种基于内部流场分布反求结构尺寸的方法。(2)基于ANYSS-Fluent软件,结合k??湍流模型和空泡理论,对空化器内部流体进行了空化流动分析,找到了空化流动的基本规律。(3)缩口直径对空化的影响存在一个最佳直径26mm。(4)斜孔直径对空化的影响呈现抛物线规律。(5)进口压力升高,出口压力维持不变,这样入口到出口的压降变大,这样更有利于空化强度。(6)温度对空化的影响存在两面效应,在40℃附近空化强度最大。(7)初始含汽量在合适的范围内增加,对空化强度来说是有利的。(8)表明张力对空化的影响可以忽略不计。(9)空化发生器内部流道结构突变的剧烈程度正相关于空化强度。(10)已知材料,基于流固耦合分析,证明了空化发生器结构安全。