多级孔板水力空化装置的流体力学分析及优化

摘要

空化具体是指在液体中的气体或者液体的空腔由于外场的作用，发生震荡的物理现象，经历空穴形成、发展、生长、收缩、溃灭的过程。空化这个现象本身是很复杂的，流体中的气泡在溃灭的时候就会产生瞬时的巨大的压强，会在气泡周围产生巨大的能量，此时流体还会有高速射流的现象。利用水力空化产生这些巨大的能量，在物理、化学、水处理等领域都是一个新的篇章。
　　为了探索和研究多级孔板水力空化的空化机理，优化多级孔板水力空化装置的设计，寻找最优的参数设计，为将来多级孔板水力空化在工业等领域的应用提供理论的依据。本文采用CFD数值模拟方法，以单级孔板水力空化装置、二级孔板水力空化装置、三级孔板水力空化装置。其中装置里面的孔板设计有单孔孔板、双孔孔板、和三孔孔板。整体模拟的前处理软件选择使用GAMBIT软件，中间最为重要的求解计算和后处理选择使用FLUENT软件，通过对软件所得结果后期的分析得到多级孔板水力空化装置所需最佳参数。
　　本文研究多级孔板水力空化装置的级数和级与级的孔板之间的距离的影响。首先进行的是单孔孔板研究，将一级孔板与二级孔板进行对比，得到当孔板级数为2的时候，二级孔板水力空化要比一级孔板水力空化程度高，能源利用率也高;在二级孔板水利空化中，两孔板距离60mm时，影响微弱，当两板间距为10mm时，整体相当于组合结构，在30mm时，可以达到空化较优状态;当使用双孔孔板，选择孔间距不同的两块板。最后得出当两孔之间的间距为8mm的时候比12mm的空化程度高;当时用三级孔板水力空化装置时，空化效果要比二级空化和一级空化强度高，作用面积大。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 问题的提出和研究意义

1．2．1 水力空化与工程学科进展

1．2．2 水力空化的数值模拟研究

1．2．3 存在的问题与发展趋势

1．3 课题研究的意义与目的

2 计算流体动力学数值模拟

2．1 前言

2．2 数值模拟相关理论

2．3 流体力学控制方程

2．3．1 质量守恒方程

2．3．2 动量守恒方程

2．3．3 能量守恒方程

2．4 数值模拟软件FLUENT简介

2．5 空化研究的数学模型

2．5．1 多相流模型

2．5．2 空泡动力学模型-Rayleigh-Plesset方程

2．5．3 空化模型

2．6 计算方法

2．6．1 湍流数值计算方法

2．6．2 几何建模及网格划分

2．6．3 计算策略及步骤

3 多级孔板水力空化装置的数值模拟

3．1 二级空化的单孔孔板计算流体力学数值模拟

3．1．1 孔板尺寸设计

3．1．2 压力云图

3．1．3 湍动能云图

3．1．4 速度云图

3．1．5 速度矢量图

3．1．6 本节小结

3．2 二级空化双孔间距为8mm的孔板计算流体力学数值模拟

3．2．1 孔板尺寸设计

3．2．2 压力云图

3．2．3 湍动能云图

3．2．4 速度云图

3．2．5 速度矢量图

3．2．6 本节小结

3．3 二级空化双孔间距为12mm的子L板计算流体力学数值模拟

3．3．3 压力云图

3．3．3 湍动能云图

3．3．4 速度云图

3．3．5 速度矢量图

3．3．6 本节小结

3．4 二级空化三孔孔板计算流体力学数值模拟

3．4．1 孔板尺寸设计

3．4．2 压力云图

3．4．3 湍动能云图

3．4．4 速度云图

3．4．5 速度矢量图

3．4．6 本节小结

3．5．1 孔板尺寸设计

3．5．2 压力云图

3．5．3 湍动能云图

3．5．4 速度云图

3．5．5 速度矢量图

3．5．6 本节小结

4 结论

5 展望

参考文献

致谢