文丘里管水力空化反应器空化流场特性分析

在综合考虑入口压力、不同喉部直径、不同入口加氧量、液体可压缩性以及湍流作用等情况下,以文丘里管喉部压力小于等于相应温度下的饱和蒸汽压为依据,设计了空化装置。基于连续性方程、伯努利方程、空化泡动力学方程求解了空泡径向非线性方程。采用计算流体软件FLUENT以文丘里管不同入口压力、喉部直径和入口加氧量等为变量进行了单因素数值模拟试验,获得了文丘里管反应器内空泡的成长与溃灭特性,分析了湍流作用下入口压力及不同喉部直径对空化泡运动特性及其所形成压力脉冲的影响规律。搭建水力空化装置试验台对污水进行处理测试,试验处理结果表明:对石油污水处理后COD(chemical oxygen demand,化学需氧量)降低41.14%,对造纸厂污水处理后COD降低63.83%,说明空化反应器合适的结构参数和控制参数有利于提高空化强度。     

结构参数对拉伐尔喷管空化特性影响的数值模拟

采用CFD方法模拟水在不同结构参数拉伐尔喷管中的空化流动情况。在一定的操作参数下,采用空化泡动力学模型模拟分析拉伐尔喷管不同入口直径、喉部直径、收缩段长度、扩张段长度、扩张段锥角等结构参数对空化效果的影响,并参照正交试验的方法研究各影响因素与水平之间的关系。结果表明：随着喷管喉部直径的减小,空化区域内的汽含率升高,空化数减小,空化效应增强;入口直径与收缩段长度的改变对喷管空化特性的影响不明显;在一定范围内增大扩张段锥角有利于空化强度的增加,但锥角过大反而抑制空化的进行;扩张段长度的增加可以影响空化产生的区域,但对空化强度影响较小;正交试验结果表明在几个结构参数之中,喉部直径的改变对喷管空化特性的影响最大。     

多孔板与文丘里组合式空化灭活致病菌研究

基于浙江工业大学水力学实验室自主研发的方孔多孔板与文丘里组合式水力空化反应装置,通过变换多孔板与文丘里喉部、文丘里扩散角的不同组合,针对取自非饮用水源的原水,以水中菌落总数和大肠杆菌为指示菌,研究了空化数、喉部流速、孔口排列、原水初始体积分数和水力空化作用时间等因素对灭菌效果的影响,并探讨其产生的内在机理。实验结果表明:当组合形式为25孔交错式孔板、喉部300mm、扩散角为4.3°时可达到对菌落总数和大肠杆菌最优灭活效果。同时,降低空化数、提高喉部流速、延长水力空化作用时间和选取适当的原水初始体积分数都将有助于进一步提高装置的灭活效果。     

基于正交实验的壅塞空化器数值试验

影响空化强度的因素较多,如空化器结构形状与参数的不同组合,系统水力参数的不同组合,以及它们之间的相互匹配等。基于正交试验的方法,利用Fluent软件对不同结构参数和水力参数的壅塞空化器进行数值模拟试验,建立在不同参数组合下以壅塞空化器内空隙率和背压力为特征的正交试验评价指标,研究各因素对壅塞空化器空化强度的影响程度。结果表明:影响空化强度的因素从大到小依次是流量Q、背压Pb、入口锥角、壅塞管直径d和长度L,最优壅塞空化的参数组合是流量为2.0 m3/h、背压为70 k Pa、入口锥角为35°、壅塞管直径为10 mm和长度为50 mm。     

孔板和文丘里管复合结构空化器的优化设计

利用ANSYS-CFX软件, 在相关水力装置空化器研究的基础上, 对孔板和文丘里管复合结构空化器的空化效果进行模拟优化。在孔板结构参数相同、位置一定的条件下, 对复合结构空化器的空化流场进行数值模拟, 探讨3种不同形式的文丘里管喉部结构对空化效果的影响。通过对空化流场的压力分布、空泡体积分数以及汽含率的分析, 结果表明:文丘里管喉部结构形式对空化效果有着明显的影响, 在相同的边界条件下, 急剧型的复合结构空化器空化效果更强。       

壅塞管直径对壅塞空化器空化特性的影响

在不同壅塞管直径下,利用Fluent软件对壅塞空化器进行数值分析并采用水听器对其空化噪声信号测试,探索壅塞管直径对壅塞空化器空化特性的影响。测试结果表明：增大壅塞管直径,最大压力上升梯度值会增大,壅塞截面会向上游移动;壅塞空化器的数值分析和空化噪声信号测试结果基本吻合,壅塞管的最佳直径为10 mm。     

亥姆霍兹自振空化装置流场特性的数值模拟

为了获得亥姆霍兹(Helmholtz)自振空化装置空化场的流动特性,利用计算流体动力学的商业软件Fluent,使用大涡的模型(LES)和多相流(Mixture)模型,对装置内流场进行数值模拟.通过研究不同操作条件、不同结构尺寸对空化效果的影响,得到了场内空化区的空化数、气含率分布以及速度压力振荡曲线,并将所得结果与孔板跟文丘里管型空化装置进行对比.模拟结果表明,出口压力一定时,增大入口压力可增强空化效果;不同结构尺寸的自振空化装置对空化效果有较大影响,其中锥形碰撞壁结构的空化效果最为明显;同等操作条件下,孔板跟文丘里管型空化装置空化效果不明显,且流场内速度压力处于平稳状态,而自振型空化装置流场内能形成强烈的速度压力脉冲变化,使产生的空化效果更为强烈.     

基于正交试验的壅塞空化器数值试验

影响空化强度的因素较多,如空化器结构形状与参数的不同组合,系统水力参数的不同组合,以及它们之间的相互匹配等。基于正交试验的方法,利用Fluent软件对不同结构参数和水力参数的壅塞空化器进行数值模拟试验,建立在不同参数组合下以壅塞空化器内空隙率和背压力为特征的正交试验评价指标,研究各因素对壅塞空化器空化强度的影响程度。结果表明:影响空化强度的因素从大到小依次是流量Q、背压Pb、入口锥角、壅塞管直径d和长度L,最优壅塞空化的参数组合是流量为2.0 m3/h、背压为70 k Pa、入口锥角为35°、壅塞管直径为10 mm和长度为50 mm。     

文丘里管结构参数对水力空化降解罗丹明B染料废水的影响

为研究文丘里管结构参数对水力空化强度的影响,设计了以文丘里管为核心的水处理装置,选用8个尺寸不同的文丘里管处理罗丹明B废水.研究了文丘里管结构参数、入口压力及反应时间对空化效果的影响,结果表明:文丘里管空化效应优劣与其结构参数有关.随着入口压力的增大(0.3~0.5MPa)、喉径比的降低(0.24~0.08)、喉管长度的增加(25~35mm),不同文丘里管对罗丹明B降解率均呈现先增加后降低的趋势;随着反应时间的增加(0~60min)、扩散段长度的增加(30~90mm),罗丹明B降解率均呈现上升趋势,最高可达15.8%.     

出口面积对有压弯管壁面压强及空化特性影响研究

高流速有压弯曲管道流动往往会出现壁面负压、空化等水力学问题。本文结合卡基娃水电站生态流量放水管工程,采用模型试验、数值模拟及理论分析方法,研究了出口面积对有压弯管壁面压强及空化特性的影响。试验结果表明：出口面积较大时,弯管内存在较大的负压,在高水位时,弯管段水流空化数小于初生空化数;当出口面积缩小为原面积的81.6%时,在不同水位下,弯管内水流空化数增大了2~4倍,弯管在各水位时水流空化数均大于初生空化数;基于能量方程,建立了有压弯管水流空化数的理论计算方法,计算结果与模型试验及数值模拟结果吻合良好。     

螺旋桨空泡的数值分析

螺旋桨空泡会降低螺旋桨性能,产生空化剥蚀和噪声,从而导致船体振动.文章采用基于速度势的低阶面元法对螺旋桨水动力性能和空泡的范围及厚度进行求解,分别用Morino提出的Kutta和等压Kutta条件对压力分布进行计算,讨论了两种Kutta条件对压力分布的影响.计算了空泡产生后的压力分布,验证了在空泡表面上的压力等于水的汽化压力.对空泡起始点对空泡形状的影响进行了研究,结果表明,空泡起始点对空泡范围有很大影响,空泡起始点离导边越远,空泡范围越小.     

黏性沙级配对高速水流空化空蚀的影响

为研究黏性沙不同级配对高速水流空化空蚀的影响及机制,利用自主研发的小型循环式水洞试验装置,采用两条不同的黏性沙级配曲线进行较系统的试验研究。通过配置黏性沙小于某一粒径不同质量分数的挟沙水流,用压力动态数据采集系统实时量测水洞工作段空化区和空蚀区的压力;制作不同配合比的混凝土试件,使混凝土试件在黏性沙小于某一粒径不同质量分数工况下进行4 h的空蚀试验,以混凝土试件每小时质量损失表征空蚀量。结果表明：水洞工作段空蚀区各测点的时均压力和空化数随黏性沙小于某一粒径质量分数的减小而增大;混凝土试件空蚀量随黏性沙小于某一粒径质量分数的减小而增加;流速相同时,较高强度配合比混凝土试件的抗空蚀能力明显优于较低强度配合比的混凝土试件;较低流速下空蚀区主要位于试件前段,较高流速下则位于试件后段;试验所用黏性沙细颗粒比重越大,空蚀量越大。     

Study of the phase-change coefficients of the cavitation model in cavitation flow fields generated from cone cavitator

The influence of phase-change coefficients variations in the Singhal cavitation model on the calculation results has been numerically studied. By comparing the numerical results and experimental data, the relationship between the coefficients and cavitation numbers is obtained. The calculation results of 2d axisymmetrical cylinder with 45-degree cone cavitator show that under different cavitation numbers, there are three typical kind of cavities, which are respectively main cavity, secondary cavity and rear cavity. The coefficients variations have a great influence respectively on the three type cavities in shape, collapse position, collapse strength, etc, and different cavitation numbers are corresponding to different phase-change coefficients. The cavitation flow field can be divided into three typical zones according to the cavitation number: weak-cavitation zone, secondary-cavitation zone and supercavitation zone. For 45-degree cone cavitator cylinder, the evaporation coefficients will firstly decrease and then increase with the decrease of cavitation numbers in secondary-cavitation zone, while the condensation coefficients keep relatively lower and almost unchanged. In weak-cavitation zone, there only exists the smaller main cavity attached to the model head or there is no obvious cavity. In supercavitation zone, the secondary cavity attached to the model will fall off and merge into the new rear cavity.     

射流泵汽蚀参数分析

汽蚀是影响射流泵系统安全运行的重要因素.迄今为止,已有多种参数用于描述射流泵的汽蚀性能和判断汽蚀发生与否,其中最常用和最具代表性的是汽蚀系数σ和汽蚀流量比qk.在理论分析和试验研究的基础上对两者进行了研究.结果表明,虽然σ值较为稳定,但由于其难以测定和计算,不适宜用于判断汽蚀的发生与否;而qk则易于计算,且比较直观,更适合用于判断汽蚀的发生与否.     

空蚀破坏的微观氧化过程

为了探索空蚀破坏过程中的腐蚀效应,利用旋转圆盘空蚀模拟试验机、扫描电子显微镜、光学显微镜结合数码技术,对圆盘试样空蚀破坏部位进行了研究,观察到了微观破坏的形貌-多彩斑点.通过对多彩斑点的分析发现:一个多彩斑点是一个大的气泡溃灭产生的高速微射流对金属表面的破坏结果.微射流的能量极高,微射流和金属表面接触的瞬间可造成局部的烧损和严重的高温氧化.用高温氧化过程合理解释了多彩斑点的形成,丰富了空蚀破坏机理.     

泵运行过程中减轻汽蚀的途径

通过对泵运行过程中汽蚀现象发生原因的分析，探讨了泵运行过程中减轻汽蚀损害的可能途径，提出了泵设计过程中及工作中减轻汽蚀损害的最佳方案与方法。     

螺旋桨空化噪声谱模型及结构特征

为研究螺旋桨低频空化噪声线谱的结构特征,考虑了桨叶的非均匀性和空化过程的非严格周期性,改进了螺旋桨空化过程模型,用统计方法求解了空化噪声的平均功率谱.分析了典型的空化谱特征及其在舰船航行状态不稳定和存在近场干涉时的变化情况.结果表明:典型的螺旋桨低频空化噪声线谱存在能反映叶片数的成组结构;舰船航行状态不稳定时,空化过程的周期性较弱,谐波较少;声源与接收器距离较近以及双车螺旋桨是常见的近场干涉情况,此时,线谱谐波结构发生变化.航行状态不稳定及近场干涉情况下线谱谐波结构都难以反映正确的叶片数特征.     

通气超空泡形态及其稳定性实验研究

通过在水洞中开展的系列实验对通气超空泡形态及其稳定性进行了研究．研究表明，重力对通气过程和关气过程所形成的通气超空泡影响不同，但超空泡轴线变形量都以非线性方式增长．当重力影响较小时，在相同空泡数下，通气超空泡与自然超空泡在形状和尺度上基本相似，并且两者的长细比都随着空泡数的增大而减小．通气超空泡形态不稳定主要有3种表现形式：气泡振荡、空泡界面波动以及空泡界面扭动，它们特点各异，对空泡产生的影响也不同．     

Effect of cavitation on comminution of mica powder

The cavitation abrasive water jet was used in the comminution of mica.By applying a cavitation nozzle in the abrasive water jet system to enhance the effect of cavitation and friction,better comminution results were obtained.The JME-200CX transmission electron microscope was used for observing the size distribution of particles.As using cavitation abrasive water jet,the relative comminution effect is raised by more than 25% compared with using abrasive water jet oly.It can be concluded that the effect of cavitation is much more significant than that of impacting in the comminution of mica.     

基于障碍物的轴流泵叶片空化控制

基于前期水翼云空化控制与轴流泵空化机理的研究成果，面向轴流泵叶片的空化控制，设计并列障碍物条放置于叶片吸力面特定位置. 采用数值模拟与水洞实验方法，研究障碍物的空化控制效果与机理. 结果表明，障碍物虽然对泵的水力效率造成一定影响，在设计点效率下降5.6%，但诱发的前部高压可以有效控制叶片前缘片状空化的产生与发展. 障碍物自身诱发了一定程度的剪切空化团，因与前缘空化产生机理与位置不同，剪切空化具备较强的抗扰动能力，能够有效抵抗来流干扰引起的空化不稳定性.