發(fā)布時間：2021-09-07 17:52

　　空化射流運動中,空化云團(tuán)的潰滅能帶來極大的壓力沖擊,這極高的提升了射流的作業(yè)效率,而淹沒水射流技術(shù)由于能夠在射流過程中產(chǎn)生大量的空化得到了人們關(guān)注。淹沒水射流技術(shù)具有沖蝕能量強(qiáng)、材料耗損少、綠色環(huán)保等優(yōu)點,在材料的清洗與破碎、有毒物質(zhì)的分離、污水處理等許多方面都得到了應(yīng)用與研究。本文利用Fluent模擬了淹沒式噴嘴射流的完整空化過程,并對計算結(jié)果進(jìn)行了驗證與分析,主要的內(nèi)容有:（1）第一章,介紹了淹沒式空化射流的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,論述了本文課題研究的背景與意義,確定了課題研究的重點內(nèi)容。（2）第二章,對本文數(shù)值計算所需要的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了簡單介紹。（3）第三章,在選擇合適邊界條件基礎(chǔ)上,對模型進(jìn)行了基于流體可壓縮性的仿真模擬,并將計算結(jié)果與現(xiàn)有的實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行對比,驗證了所建立的計算模型,同時對模型進(jìn)行了網(wǎng)格無關(guān)性分析。（4）第四章,介紹了湍流粘度修正的方法,并在不同的湍流粘度修正狀況下進(jìn)行仿真計算,發(fā)現(xiàn)在密度函數(shù)中指數(shù)n取值較高時,流場中的空化會更加劇烈,空化較多的流場中,射流速度的衰減會更慢,射流能量也能夠傳遞到更遠(yuǎn)的位置。（5）第五章,觀察了淹沒射流中空化的完整演化過程,發(fā)現(xiàn)空化最初發(fā)... 

【文章來源】：蘭州理工大學(xué)甘肅省

【文章頁數(shù)】：78 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

典型的空化類型[59]

潰滅，在空泡潰滅的時刻，會產(chǎn)生很高的壓力脈沖以及微小射流，持續(xù)不斷的這種現(xiàn)象對材料的影響十分可觀，能夠進(jìn)一步增強(qiáng)射流作業(yè)的清洗與切割效果。同時，運用空化射流還有著以下幾方面的優(yōu)勢：（1）對硬質(zhì)物品進(jìn)行作業(yè)時，空化射流所需要的工作壓力顯著減��；（2）射流噴嘴以及其它高壓部件的壽命在使用空化射流的時候都得到了明顯的提高；（3）在進(jìn)行表面清洗時，空化射流所產(chǎn)生的切縫要比普通射流寬許多；（4）在水下作業(yè)時，空化射流的性能與效率的要比普通連續(xù)射流高。當(dāng)流體域中流道大小突變時，總會出現(xiàn)空化現(xiàn)象，如圖1.2所示，由于截面的突然收縮，流道內(nèi)壓力會發(fā)生變化，并在收縮段開始產(chǎn)生空化現(xiàn)象。一般而言，空化的產(chǎn)生會對流體機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生不利的影響，比如噪聲、振動等。而空化射流利用了空化現(xiàn)象，讓空化在機(jī)械設(shè)備清洗和材料切割等方面發(fā)揮了特有的優(yōu)勢。因此，研究淹沒式水射流中的空化現(xiàn)象能夠讓人們進(jìn)一步的了解空化產(chǎn)生以及發(fā)展的過程，對射流空化機(jī)理產(chǎn)生進(jìn)一步的認(rèn)識，從而優(yōu)化空化射流噴嘴的結(jié)構(gòu)設(shè)計，提高射流作業(yè)效率，盡可能讓空化好的一面得到充分的利用，同時也降低空化對射流設(shè)備的危害。圖1.2收縮管段空化現(xiàn)象1.2射流空化現(xiàn)象國內(nèi)外研究現(xiàn)狀射流空化現(xiàn)象很早就得到了國內(nèi)外流體機(jī)械領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者的關(guān)注，對空化射

基于流體可壓縮性的淹沒水射流空化流動數(shù)值模擬22提供的加壓水的高壓水發(fā)生裝置示意圖，產(chǎn)生的高壓水經(jīng)由噴嘴注入封閉的圓柱形腔室中形成淹沒的水射流。腔室內(nèi)的壓力可以根據(jù)實驗的需要進(jìn)行調(diào)整，最高可以達(dá)到2.0MPa。圖3.1混合物的聲速隨氣相體積分?jǐn)?shù)的變化[67]圖3.2水射流方案圖3.3給出了所選用噴嘴的二維結(jié)構(gòu)示意圖，選用噴嘴喉管橫截面直徑為1mm，噴嘴喉管長度為5mm。如圖3.3所示的噴嘴結(jié)構(gòu)示意圖可知，在噴嘴的喉管出口部位安裝了噴嘴護(hù)套，護(hù)套的直徑和長度分別為3mm和10mm。在噴嘴結(jié)構(gòu)尺寸已知的的基礎(chǔ)上，利用ANSYSDesignModeler對整個所需的流體計算域進(jìn)行建模，模型的建立過程中忽略了對流場影響不大的區(qū)域與結(jié)構(gòu)，適當(dāng)簡化了模型設(shè)計，其流體計算域模型如圖3.4所示。針對噴嘴及其出口周圍的軸對稱結(jié)構(gòu)，對計算域的設(shè)計選用了軸對稱流動的簡化方法。同時，選取噴嘴喉部出口為坐標(biāo)零點，計算區(qū)域為從噴嘴喉部出口上游15mm到噴嘴喉部出口下游70mm，計算區(qū)域的寬度沿徑向取為20mm。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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[4]船體空化水射流清刷機(jī)器人設(shè)計與清洗效率研究[D]. 王博.哈爾濱工程大學(xué) 2017
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[6]油壓錐閥閥口空化流動數(shù)值模擬[D]. 王鵬飛.蘭州理工大學(xué) 2016
[7]水下空化射流沖蝕技術(shù)及實驗研究[D]. 趙文亮.浙江大學(xué) 2016
[8]空化射流噴嘴流場數(shù)值模擬研究[D]. 楊涵.西華大學(xué) 2015
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本文編號：3389988