空化撞擊流是一種新穎的流場結(jié)構(gòu),具有高效的宏觀混合、微觀混合及強烈的壓力波動等特性。為揭示空化撞擊流場的壓力波動規(guī)律及其影響因素,本文借助自行研發(fā)的空化撞擊流反應(yīng)器,分別從理論分析、數(shù)值模擬、實驗研究三個方面,研究了空化撞擊流場的壓力波動特性。是空化撞擊流技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用的基礎(chǔ)工作。本文首先通過理論分析,建立了空化撞擊流的物理和數(shù)學(xué)模型,將流體看作是由無數(shù)流體微團(tuán)組成,分別得到了微團(tuán)的運動軌跡方程、速度函數(shù)和壓力分布函數(shù),為空化撞擊流場壓力波動特性的研究提供了理論依據(jù)。接著對空化撞擊流場進(jìn)行了數(shù)值模擬,模擬結(jié)果顯示撞擊面上流體的速度為零,壓力為最大值;撞擊中心存在一個長軸為20mm,短軸為10mm的橢圓形高壓撞擊區(qū),此區(qū)域的大小不隨撞擊速度發(fā)生改變,流場內(nèi)的壓力值沿著此區(qū)域向外逐漸減小。最后通過實驗研究,建立了一套完整的空化撞擊流場壓力波動測量裝置,首次采用高精度壓力傳感器和動態(tài)信號分析系統(tǒng),測量了反應(yīng)器內(nèi)流場在不同流量下不同位置處壓力波動的振幅和頻率。通過對測量得到的振幅進(jìn)行分析,結(jié)果表明流場內(nèi)以撞擊中心為幾何中心,存在一個邊長約為10mm的立方體空化撞擊區(qū),此區(qū)域內(nèi)壓力振幅較大。當(dāng)流... 

【文章來源】：沈陽工業(yè)大學(xué)遼寧省

【文章頁數(shù)】：74 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

撞擊流原理圖

沈陽工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文10圖1.2空化撞擊流場示意圖Fig.1.2Flowfielddiagramofcavitationimpingingstream空化撞擊流最初的構(gòu)思是應(yīng)用于廢水處理領(lǐng)域，在廢水降解中的優(yōu)勢[31]：1）空化發(fā)生時，產(chǎn)生的瞬時高溫會將一部分污染物分解，同時空化產(chǎn)生的自由基又可以與廢水中的部分有機污染物結(jié)合，將污染物降解為小分子無害物質(zhì)；2）在空化撞擊流中存在許多沒有潰滅的空泡，這些空泡在撞擊區(qū)域內(nèi)受到碰撞、擠壓、剪切等相互作用時，體積較大的空泡有可能被分裂成許多小空泡，增強了流場的空化程度，進(jìn)而加強了氧化反應(yīng)，使廢水中的污染物得以更好的氧化降解；3）兩股相向撞擊的液體會在撞擊區(qū)發(fā)生劇烈的相互作用，導(dǎo)致壓力不斷變化，為空化的發(fā)生提供了良好的條件，撞擊區(qū)內(nèi)壓力的不斷波動可以使空化一直持續(xù)，空化效應(yīng)因此得以持續(xù)和放大。同時空泡潰滅瞬間產(chǎn)生的沖擊波和微射流又會為撞擊區(qū)強烈的湍動提供能量。二者相輔相成，對于促進(jìn)反應(yīng)動力學(xué)過程十分有利；4）撞擊流的微觀混合特性可以使空化效應(yīng)產(chǎn)生的·OH在反應(yīng)器內(nèi)迅速擴(kuò)散，增加了·OH自由基與有機污染物分子間的碰撞次數(shù)和幾率，從而縮短了廢水中有機污染物氧化降解所需時間。（2）空化撞擊流發(fā)展概況自空化撞擊流這一概念提出后李福寶和李勤教授及其團(tuán)隊進(jìn)行了一系列的相關(guān)研究：李勤、王會林[32]通過對自行研發(fā)的空化撞擊流反應(yīng)器內(nèi)部流場進(jìn)行模擬計算，得到反應(yīng)器內(nèi)部流場分布情況，流場呈“鏡像”分布，在撞擊面上，軸向速度接近到零，壓力達(dá)到最大值。初步確定撞擊區(qū)是一個橢球體，其長軸與短軸正

沈陽工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文16圖2.1微團(tuán)運動軌跡圖Fig.2.1Tracediagramofmicroclustermovement2.2數(shù)學(xué)模型建立數(shù)學(xué)模型是利用數(shù)學(xué)邏輯和語言相互結(jié)合建立起來的科學(xué)或工程模型。合格的數(shù)學(xué)模型應(yīng)滿足兩個條件：一是模型的可靠性，二是模型的可解性。模型的可靠性和可解性通常是不能夠同時滿足的，在建立數(shù)學(xué)模型時，首先要對模型進(jìn)行合理的假設(shè)使得模型滿足可解性，只有模型可解才能進(jìn)行可靠性研究。本論文首先利用流體力學(xué)中流體質(zhì)點的概念，對所研究的空化撞擊流模型進(jìn)行假設(shè)，將空化水射流看做由無數(shù)流體微團(tuán)組成，取單個流體微團(tuán)進(jìn)行研究，以單個流體的運動狀態(tài)來代表整個流常再通過水彈性理論，將流體微團(tuán)的運動假設(shè)為圍繞著撞擊面具有粘性阻尼的受迫振動，對單個流體微團(tuán)進(jìn)行受力分析，最后用達(dá)朗貝爾原理進(jìn)行振動系統(tǒng)的動力學(xué)約束。2.2.1基本假設(shè)撞擊流場是一個極其不穩(wěn)定的流場，為便于研究，引入下列假設(shè)：（1）流場為連續(xù)的均勻場，無速度、壓力梯度，忽略重力影響；（2）流體不可壓縮，即=const；（3）將第一次進(jìn)入撞擊區(qū)的兩股射流看做連續(xù)相，即到達(dá)撞擊面之前速度保持不變；（4）流體微團(tuán)可以看做是球體；（5）實際上，實驗中空化撞擊流場分為許多不同的區(qū)域，有平推流、全混流、循環(huán)流等。所以，本章建立的數(shù)學(xué)模型有一定的限制條件，僅能說明特定條件下的流場分布規(guī)律。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號：3127421