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水力空化装置的设计及研究

作　者: 张建锋
导　师: 卢晓江
学　校: 天津科技大学
专　业: 化工过程机械
关键词: 水力空化多孔板开孔率孔排布空泡溃灭
分类号: TQ051
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

空化是一种普遍的水动力学现象,发生在局部压力低于该温度下饱和蒸汽压的液体区域。如果维持水温不变,使水面的压强降低到某临界值后,水体内部原来含有的很小气泡(通称气核)将迅速膨胀,在水中形成含有水蒸气或其它气体的明显气泡,这种现象称为“空化”。空化现象包括空泡的发育、膨胀、溃灭、反弹过程,它是一个非恒定过程。在低压区空化的液体挟带着大量的空泡形成了“汽液两相流”运动,水流挟带着的空泡在流经下游压强较高的区域时将发生溃灭。空泡在溃灭时会产生瞬时的局部高温、高压、发光、高速水射流等极端物理条件,在短时间内会释放大量的能量。研究表明:空泡溃灭时将产生瞬时局部高温(约5200 K)、高压(50 MPa以上),并能形成强烈的冲击波和速度高达100 m/s以上的微射流。将空泡溃灭的能量用于某些过程的强化是个全新的领域,它可以为一般情况下难以实现的物理或化学反应提供特殊的环境。本论文从空泡动力学出发,引入著名的空泡径向运动方程——Rayleigh方程,通过分析空泡中最简单的情况——单个静止球形空泡的静力平衡条件,从而可以解释在一定条件下气体核子会膨胀发展为可见空泡的现象;在此基础上又分析了Harvey核子理论,进而可以解释所有的空化现象;随后又引入了表征空化状态的空化数和表征空化初生的空化初生数,并且对影响空化初生的因素进行了分析。本论文在对国内外文献综合分析的基础上,设计了一套水力空化实验装置,该实验装置采用孔板作为水力空化发生器。本论文通过在管路中安装不同开孔率及孔排布方式的孔板及记录不同管路状况下孔板前压力、孔板后压力、管路流量等数据,经过进一步的分析得到了孔板开孔率和孔排布方式对孔板前压力、孔板前后压差的影响,从而可以进一步研究孔板的水力学特性,并为以后水力空化实验装置的改进及优化提供依据。本论文实验结果表明:孔板前气泡随管路流量增大有明显变化趋势,对孔板后水流流动状态影响非常大,会推迟水力空化初生。随孔板开孔率增加,管路最大流量会相应增大,而在开孔率相同的情况下,管路最大流量的变化情况会随孔排布方式的不同而不同。随孔板开孔率的不同,孔的排布方式对孔板前压力、孔板前后压差的影响程度不同,这种影响程度会随流量范围而有所差异。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-12
前言  12-14
1. 绪论  14-22
  1.1 空化的发展过程  14-15
  1.2 空泡溃灭过程  15-18
  1.3 空泡溃灭能量  18-19
  1.4 空蚀破坏机理  19-22
    1.4.1 机械作用  20-21
    1.4.2 热作用  21
    1.4.3 化学腐蚀作用  21
    1.4.4 电化学作用  21-22
2. 文献综述  22-27
  2.1 理论部分  22-24
    2.1.1 球形空泡  22-23
    2.1.2 非球形空泡  23
    2.1.3 空泡群  23-24
  2.2 数值计算  24
  2.3 实验研究  24-26
  2.4 本论文的研究内容  26-27
3. 水力空化理论  27-39
  3.1 空泡动力学研究  27-31
    3.1.1 Rayleigh方程  27-29
    3.1.2 球形空泡的静力平衡条件  29-31
  3.2 Harvey核子理论  31-33
  3.3 空化数  33-35
  3.4 空化初生及影响因素分析  35-39
    3.4.1 初生空化数  35-36
    3.4.2 空化初生影响因素分析  36-39
4. 水力空化的实验研究  39-55
  4.1 水力空化实验设计  39-45
    4.1.1 水力空化实验装置  39-42
    4.1.2 水力空化实验方案设计  42-43
    4.1.3 水力空化实验步骤  43-44
    4.1.4 水力空化实验中观察到的现象  44
    4.1.5 水力空化实验中需要注意的事项  44-45
  4.2 水力空化实验结果分析  45-55
    4.2.1 开孔率对管路最大流量的影响  45-46
    4.2.2 开孔率对孔板前压力的影响  46-47
    4.2.3 开孔率对孔板前后压差的影响  47-48
    4.2.4 孔的排布方式对孔板前压力的影响  48-55
5. 结论及展望  55-56
6. 参考文献  56-61
7. 攻读硕士学位期间发表论文情况  61-62
8. 致谢  62

水力空化装置的设计及研究

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