空化泡及空化水射流的數(shù)值模擬.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，空化水射流作為一種新興而先進(jìn)的表面處理技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于清洗除銹、噴丸強(qiáng)化、生化環(huán)保和油氣開(kāi)采等工業(yè)領(lǐng)域，具有廣闊的發(fā)展前景。空化水射流根據(jù)水力機(jī)械氣蝕的原理，通過(guò)人為手段在水射流流束內(nèi)產(chǎn)生許多汽化空泡，利用空泡潰滅時(shí)所產(chǎn)生的高壓沖擊來(lái)增強(qiáng)射流的作業(yè)效果。相對(duì)一般高壓水射流，空化水射流可使噴嘴壓力降低1～2個(gè)等級(jí)，而作用于受噴工件表面的壓力可達(dá)到 GPa量級(jí)。通過(guò)數(shù)值模擬空化泡的潰滅過(guò)程和空化水射流噴嘴內(nèi)部的流

2、場(chǎng)，揭示空化水射流的機(jī)理并優(yōu)化噴嘴結(jié)構(gòu)參數(shù)。
　　本研究采用VOF方法模擬空化泡潰滅過(guò)程的基本特征，預(yù)測(cè)結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果具有很好的一致性。通過(guò)數(shù)值模擬研究空化泡與固壁的距離(γ)、空化泡大小和環(huán)境圍壓對(duì)單個(gè)空化泡潰滅的影響。結(jié)果表明：隨著空化泡與壁面的間距減小，空化泡的非對(duì)稱變形越來(lái)越明顯，從形成射流到最終潰滅的時(shí)間不斷增加，最大射流速度和潰滅壓力都隨之減??；空化泡大小對(duì)射流速度的影響不大，盡管潰滅壓力隨著空泡半徑的增大而相應(yīng)增大，

3、但變化幅度很?。划?dāng)環(huán)境圍壓增大，最大射流速度和潰滅壓力都大幅度增大，潰滅壓力在γ=2.0時(shí)的增幅甚至接近一個(gè)數(shù)量級(jí)。利用FLUENT軟件對(duì)噴嘴的流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬，通過(guò)獲得流場(chǎng)內(nèi)的速度場(chǎng)、壓力場(chǎng)和氣相體積分?jǐn)?shù)分布來(lái)研究結(jié)構(gòu)參數(shù)和工作參數(shù)對(duì)噴嘴空化的影響規(guī)律，以此得到角形噴嘴的最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)。結(jié)果表明：收縮段長(zhǎng)度變化對(duì)噴嘴圓柱段處的射流速度和壓降幾乎沒(méi)有影響；擴(kuò)散段越長(zhǎng)，噴嘴空化能力越強(qiáng)，但是出口射流速度會(huì)隨之大幅減小。在綜合評(píng)估之下，當(dāng)噴嘴