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，利用空泡潰滅時所產(chǎn)生的高壓沖擊來增強(qiáng)射流的作業(yè)效果。相對一般高壓水射流，空化水射流可使噴嘴壓力降低1～2個等級，而作用于受噴工件表面的壓力可達(dá)到 GPa量級。通過數(shù)值模擬空化泡的潰滅過程和空化水射流噴嘴內(nèi)部的流

2、場，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程的基本特征，預(yù)測結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果具有很好的一致性。通過數(shù)值模擬研究空化泡與固壁的距離(γ)、空化泡大小和環(huán)境圍壓對單個空化泡潰滅的影響。結(jié)果表明：隨著空化泡與壁面的間距減小，空化泡的非對稱變形越來越明顯，從形成射流到最終潰滅的時間不斷增加，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、但變化幅度很小；當(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時的增幅甚至接近一個數(shù)量級。利用FLUENT軟件對噴嘴的流場進(jìn)行數(shù)值模擬，通過獲得流場內(nèi)的速度場、壓力場和氣相體積分?jǐn)?shù)分布來研究結(jié)構(gòu)參數(shù)和工作參數(shù)對噴嘴空化的影響規(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：收縮段長度變化對噴嘴圓柱段處的射流速度和壓降幾乎沒有影響；擴(kuò)散段越長，噴嘴空化能力越強(qiáng)，但是出口射流速度會隨之大幅減小。在綜合評估之下，當(dāng)噴嘴