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。     

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。     

旋流式壅塞空化器处理苯酚溶液研究

壅塞空化是一种新型的水力空化技术,在壅塞空化器喷嘴内加入旋流芯即成为旋流式壅塞空化器。在不同背压和旋流芯长度下,利用CFD软件对旋流式壅塞空化器内部流场进行了数值仿真,并对不同初始浓度的苯酚溶液采用高效液相色谱仪检测其处理前后的质量浓度变化。计算结果表明,旋流式壅塞空化器内部产生的涡环对壅塞空化具有促进作用,并存在最佳背压和旋流芯长度。模拟污水处理试验结果表明:当背压为200 k Pa,旋流芯长度为3/4倍导程,苯酚溶液的初始质量浓度为5 mg/L时,旋流式壅塞空化器对苯酚溶液的去除效果最佳。     

壅塞空化器羟自由基产量试验研究

针对空泡溃灭瞬间产生羟自由基和氢基,而羟自由基具有强氧化性,能够与难降解有机物分子发生反应的问题,探讨了羟自由基的产量与壅塞空化器的空化强度的关系。以壅塞空化器作为空化发生元件,亚甲基蓝作为自由基捕捉剂,采用可见分光光度计检测反应前后MB(methylene blue)质量浓度的变化量,间接获得羟自由基的产量,探讨了MB初始质量浓度、背压孔当量直径和反应时间对羟自由基产量的影响。试验结果表明:背压孔当量直径为5.4 mm,亚甲基蓝溶液的初始质量浓度为12 mg/L时,自由基产量最高。     

具有壅塞环的空化器特性数值分析

出现壅塞空化现象时,壅塞管内流场会发生剧烈变化。利用计算流体力学软件Fluent,采用标准模型k-和多相流空化模型,在不同入口速度和背压条件下对具有壅塞环的空化器进行数值模拟,分析空化器壅塞环在不同位置时,空化区域内静压力和空隙率的分布情况。试验结果表明:壅塞环可以增加壅塞截面下游的恢复压力,且壅塞环离环形喷嘴出口越远,作用越明显;壅塞环可以增大产生壅塞空化的最佳背压范围,且壅塞环离环形喷嘴越近,产生壅塞空化流动的背压范围越大。     

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。     

壅塞空化技术破解剩余污泥的试验研究

以pH,MLSS,MLVSS,TU,SCOD和DD为指标,试验探究壅塞空化技术破解剩余污泥的有效性,研究流量、背压和破解时间等实验变量对破解效果的影响规律,寻求有利于破解的最优结构参数和水力参数。试验结果表明:壅塞空化技术破解剩余污泥是有效的,破解后MLSS和MLVSS下降,SCOD和TU升高,pH值变化不大,破解的效能随着流量的增大而增强,随着背压的增大而先增大后减小;最佳较优工况是流量为1.273 0 m3/h和背压为238.45 kPa,该工况下循环10次时,DD达13.249%。     

文丘里管空化反应器的空化特性研究

文丘里管空化反应器广泛应用于水处理领域,深入研究其空化特性,对进一步提升其应用水平具有重要意义.文章建立了15个不同喉部直径和入口锥角的文丘里管空化反应器的数值模型,利用数值模拟结果计算了空化出生位置的空化数,分析了空化数变化情况及其与气含率、入口锥角、喉部直径的变化关系.结果表明:喉部直径为3 cm和入口锥角18°的...     

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。     

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%.     

壅塞空化器设计及其处理污水的可行性研究

在分析直管中气液两相混合流的壅塞空化现象,射流泵发生极限工况时的壅塞空化现象,经过倒角的圆柱管在定常和非定常流动下的壅塞空化现象,在阶梯圆管中的稳态绝热闪蒸流中的壅塞空化现象的基础上,提出了一种新型的空化器——壅塞空化器;通过采集分析空化噪声和处理模拟污水(苯酚溶液)的实验,对壅塞空化器在污水处理应用中的可行性进行了初步研究。实验结果表明:壅塞空化器模拟处理污水的效果较好,其空化能量比振荡腔喷嘴高,从而为国内外研究空化发生器开辟了一条新途径。     

喷射压力对喷孔流量及内部空化的影响

流量特性是评价喷油器性能的主要参数,为探究喷射压力对流量特性的影响规律,本文采用比例放大单孔喷油器,结合试验与三维仿真,分析了随入口压力变化,喷孔内空化流动规律以及该空化流动对喷孔燃油流量特性的影响。研究结果表明:出口背压不变,随入口压力升高,喷嘴入口处出现空化并向出口发展,入口截面处空化面积达到最大后不再变化,燃油质量流率不断增加。燃油流量系数(Cd)变化分为三个阶段:P_(in)0.8 MPa,C_d为常数且只与喷孔的结构有关;0.8 MPaP_(in)1.8 MPa,C_d急剧下降且与入口截面的收缩系数及空化数有关;P_(in)1.8MPa,C_d与空化数有关,喷射压力越高,空化数越趋近1,C_d也越趋于稳定。     

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。     

液压锥阀气穴现象两相流仿真及实验

为研究液压锥阀存在的气穴问题,基于流体力学理论及阀芯受力分析,计算出径向偏移量的大小,在考虑阀芯发生径向偏移的情况下,借助UG软件建立不同工况下的内流场三维模型,通过ICEM-CFD软件划分网格模型,基于FLUENT软件对锥阀内流场的气穴现象进行液-气两相流仿真,获得径向偏移、半锥角、开口度、背压4个影响因素下的气穴分布及强度的变化规律.搭建可视化的液压锥阀气穴现象实验台,借助高像素的相机拍摄各工况下阀口位置的气穴图像,对仿真结果进行实验验证.结果表明:仿真结果与实验结果相吻合,径向偏移使气穴集中分布在上锥面一侧的流场.半锥角为45°时,阀芯的锥阀气穴强度变化平缓,同时半锥角为45°时,开口度为0.4 mm时气穴的强度最明显,随着开口度增大,气穴现象的气团强度逐渐减弱.综合通流能力、气穴强度,半锥角为45°是一个较优的阀芯半锥角度,同时,增大开口度和背压具有抑制气穴发生的作用.     

轴流泵叶轮叶顶区空化特性试验分析

为了研究叶顶区空化特性,以某一模型轴流泵为研究对象,利用高速摄影试验,探讨不同叶片数下泵的水力性能和空化性能、不同流量下的叶顶泄漏涡轨迹、不同空化数下的叶顶空化形态以及叶顶区空化发展瞬态特性.试验结果表明,适当增加叶片数,泵的水力性能和空化性会更好;在小流量工况下,叶顶更易发生空化初生;随着流量的增大,叶顶泄漏涡轨迹与叶片吸力面的夹角逐渐减小,同时泄漏涡初生点逐渐向叶顶尾缘移动;在叶顶三角形云状空化尾缘产生云状空化涡,受到叶顶泄漏涡的卷吸,与叶顶泄漏涡涡带尾缘脱落的空化涡相互作用混合,沿着几乎垂直叶片的方向向相邻叶片的压力面移动,造成了流道的堵塞,降低了泵的水力性能.垂直云状空化涡堵塞流道,引起叶顶区流量减小,造成叶顶间隙空化减少以及与叶顶区相连的三角形云状空化的宽度减小.     

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。       

柴油机喷孔出口截面空化流动特性

为了更好地了解柴油机喷孔内燃油空化流动特性,基于空化数和几何结构相似原理,采用比例放大试验装置,并结合CFD三维仿真,研究了喷孔出口截面处空化过程及空化过程对出口截面燃油流动速度、密度分布及湍动能的影响.分析了在保持入口压力不变的工况下,出口截面空化流动随背压改变的变化规律.研究表明:当入口压力不变,随背压降低,喷孔入口截面空化区先增大后稳定,喷孔出口截面空化区及燃油密度随背压的降低而减小;喷孔出口截面的湍动能随背压降低而不断增大,其中空化饱和阶段湍动能增加率小于无空化及空化发展阶段;喷孔出口截面与入口截面的液相平均流速在无空化阶段相差不大,而在空化发展阶段及空化阻塞阶段,两者相对速度不断增大.     

基于数值仿真的膨胀式压溃管阻抗性能研究

为了研究膨胀式压溃管阻抗性能,进行了数值仿真与实物试验对比,验证了数值仿真方法的有效性,并总结了两种研究方法的差异点.基于数值仿真软件平台并运用ALE自适应算法研究了压溃管装置诱导锥面角、壁厚和直径等主要设计参数对膨胀式压溃管阻抗力的影响关系.结合实际压溃管装置的性能特性,提出实际生产中通过控制压溃管装置参数来实现快速设计开发的方法.研究结果表明:当诱导面的锥角在15°～45°之间时,角度越大,压溃管的阻抗力越大;壁厚增大时,压溃管的阻抗力增大;直径对压溃管阻抗力的影响很小.压溃管设计时,应先根据安装空间尺寸确定压溃管直径,再通过控制变量,以壁厚作为粗筛条件进行仿真来确定壁厚范围,最后根据性能需求对诱导锥面角等参数进行匹配性仿真优化和最终设计.     

水下航行体超空泡外形控制的数值研究

为研究非稳态条件下的航行体空泡形态随空化器阻力的变化规律,采用FLUENT6.2的动网格技术,对传统变阻力空化器的非定常空泡流进行了模拟,比较了不同中心锥角的变阻力空化器的阻力系数和空泡外形,其中阻力系数的计算结果与试验数据吻合较好;研究了传统控制方案下的空泡外形响应速度,结果显示空泡尺寸的变化要滞后于阻力系数;最后提...     

高强钢筋增强UHPC-NC组合桥墩塑性铰长度

为探讨高强钢筋增强UHPC-NC组合桥墩塑性变形能力,应用大型有限元程序ABAQUS,结合Mander本构模型、双折线本构模型、UHPC材料本构关系和混凝土损伤塑性模型,建立了高强钢筋增强UHPC-NC组合桥墩延性分析模型,通过与不同UHPC加固高度的钢筋混凝土桥墩和不同加载角度下UHPC箱型桥墩拟静力试验结果对比验证了模型的有效性。在此基础上,进一步提出塑性铰区域长度确定方法,探讨轴压比、纵筋直径、纵筋屈服强度以及试件高度等参数对组合桥墩塑性铰区域长度的影响规律,评估规范塑性铰长度建议公式的适用性,建立了UHPC-NC组合桥墩等效塑性铰长度计算公式。结果表明：组合桥墩塑性铰区域长度随轴压比增大单调递减,随试件高度的增大单调递增,随纵筋直径和屈服强度的增大表现出先增大后减小的变化趋势;当轴压比接近0.5时,UHPC的破坏与受拉区纵筋的屈服同步发生,当纵筋直径和屈服强度分别为16 mm、500 MPa时,墩底塑性铰区域耗能能力达到最优。与数值分析结果的对比进一步表明：规范建议的计算公式在一定程度上将低估组合桥墩的塑性变形能力,建立的等效塑性铰回归公式可为高强钢筋增强UHPC-NC组合桥墩...