低壓自激脈衝空化射流的空泡運動及打擊特性研究

《低壓自激脈衝空化射流的空泡運動及打擊特性研究》是依託山東大學，由陳頌英擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：低壓自激脈衝空化射流的空泡運動及打擊特性研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：陳頌英
• 依託單位：山東大學

中文摘要

對低壓大流量自激脈衝空化射流，求解在低壓下振盪腔內共振波的頻率與噴嘴的結構參數間的函式關係，確定產生空泡並形成自激脈衝射流的極限條件，求解振盪腔內空泡運動的非線性特徵，給出空泡經過分叉產生高維大結構渦流環的準周期解，描述空泡渦流環在振盪腔內受到噴嘴出口截面誘導的擾動共振波的剪下作用下破滅及小渦再生的過程，對振盪腔內涉及空化過程的複雜多相振盪流動進行數值研究，考察射流在有限空間內的卷吸特性，分析不同結構參數和動力參數下腔內空化過程的特點和規律,使其能比較準確的預測低壓大流量自激脈衝空化射流的工作特性，進行各種參數匹配下噴嘴腔內及出口壓力的動態測量，考察其頻率特性，並進行低壓下射流脈動打擊力的測量，實時打擊物料樣本，得出射流打擊力的時域特性，尋找打擊頻率與脈衝頻率之間的關係，檢驗其打擊效果，驗證數值分析結果的準確性，為低壓大流量自激脈衝空化射流清洗髮生裝置的設計打下理論基礎。

結題摘要

低壓自激脈衝空化射流在流程工業大型儲罐沉積物清洗等方面具有重要套用，針對自激脈衝空化射流產生的機理，重點分析了壓力分布、湍流強度、速度梯度對空化的影響，推導了粘性應力影響空化核的成長和分裂的公式，給出了分裂的極限尺度；分析空化氣泡的閉合過程，推導了氣泡運動的非線性方程，給出了射流腔內射流頻率的表達式。對現有空化模型和湍流模型進行了修正，把湍流強度等效為壓力的增加，速度梯度等效為粘性應力，編寫了UDF載入程式，套用Fluent進行了空化前、後流場計算。考慮噴嘴的5組特徵結構尺寸，設計了正交實驗方案，在低壓運行參數下，完成了50多組的流場測試實驗，分析歸納了噴嘴結構參數對空化產生的影響，上噴嘴直徑對脈衝效果影響最為明顯，其次是下噴嘴直徑，得到了最佳噴嘴幾何參數。從實驗觀察和數值模擬的結果出發，在一個空化射流周期內，存在著氣囊團的生成、遷移和破碎的過程，與射流腔記憶體在能量的聚、散狀態相對應，從理論研究、實驗觀察和數值模擬三個方面解釋了空化射流產生的機理。射流作業效果取決於射流的頻率和打擊力，通過實驗，驗證了空化脈衝射流比常規圓射流打擊力提高60%以上，使用最佳的噴嘴結構參數，改變輸入壓力、腔長、碰撞角，實驗得到了打擊力頻率的影響規律，對低壓自激脈衝空化噴嘴的結構設計和工業化套用具有指導意義。