文丘里管空化稳流特性研究

发布时间：2020-11-21 16:33

　　水力空化能具有无污染、效率高、瞬间能量释放大的优点,文丘里管作为典型的水力空化元件,其结构简单,工作时无需外部能量输入,安全耐用,应用于石油化工、煤化工和核工业等行业。本文针对某核电设备文丘里管稳流装置,基于Zwart空化模型和Realizable 模型,采用计算流体动力学方法(CFD),使用FLUENT软件,结合相关文献的研究成果,研究稳流工作的文丘里管的空化流体动力学特性和稳流特性规律。文丘里管的数值计算流量值与已有实际流量值吻合较好,误差在5.5%以内。文丘里管稳流流量随管路压差的增大而增大,文丘里管对于流量增长波动有明显的稳定控制作用,且空化相变是管路稳流的根本原因。文丘里管喉部管径是文丘里管的关键几何尺寸,管径越小,文丘里管对流量增长波动反应越敏感,水流量增长幅度越小,稳流效果越好。文丘里管喉部长度主要影响稳流作用的灵敏性,喉部长度越小,文丘里管对流量增长波动反应越敏感,稳流作用启动更及时。文丘里管的压力工况影响空化相变的产生,低压工况下,文丘里管的空化稳流灵敏性更好;高压工况下,稳流作用时流量变化更稳定。文丘里管内表面的粗糙度影响管路整体流动及文丘里管空化稳流作用。较小的管壁Ra值促进空化的发展,有利于空化初生,提高空化稳流作用灵敏性且流动更稳定。水流温度范围为5℃～90℃,15℃～30℃时,水流含气量起主导影响作用,而在其他温度区间时,水流的饱和蒸气压的作用更明显。本文采用数值模拟的方法研究文丘里管的空化稳流特性,研究成果对于文丘里管在相关领域的应用与设计提供一定的理论依据,具有较强的理论参考价值和实际工程意义。
【学位单位】：山东科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH89
【部分图文】：

数值计算,内容,求解计算,物性参数

值计算方法，相当多的商用ＣＦＤ软件使用的是有限体积法??对于计算域空化流场的计算，无论瞬态还是稳态的ＣＦＤ求解计算，整个计??算过程的主要求解步骤如图１－２所示。??建立计算流体域模型ｓ划分网格??网格文件导入软件并检查网格文件??设置求解器??确定流动类型以及选择计算求解模型??根据工况设置流体相物性参数??设置边界条件与边界区域类型??设置计算控制条件参数和物性参数监测点??计算初始化??求解计算??计算结果保存和后处理??图１－２数值计算一般步骤??Ｆｉｇ．?１－２?Ｇｅｎｅｒａｌ?ｓｔｅｐｓ?ｏｆ?ｎｕｍｅｒｉｃａｌ?ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ??１．５主要研究内容??文丘里管主要结构包括喉部、渐缩管、渐扩管等部分。所选取的影响空化稳??流效应的因素主要有喉部管径和长度、管壁粗糙度、水体温度以及压力条件。??本次研宄课题采用计算流体力学技术（ＣＦＤ）技术，使用ＦＬＵＥＮＴ软件实现文??８??

文丘里管,外形尺寸

３．１．１文丘里管尺寸??文丘里管属于变径管，管路各部分管径不同，主要结构包括喉部、渐缩管和??渐扩管等部分。文丘里管的具体外形尺寸如图３－１所示，喉部直径＃＝８．６１ｍｍ。???３０４．８???１?２４???ｔ２丄－??图３－１文丘里管外形尺寸??Ｆｉｇ．?３－１?Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｄｒａｗｉｎｇ?ｏｆ?Ｖｅｎｔｕｒｉ?ｔｕｂｅ??３．１．２计算域模型建立??压｜?｜菊缩管?－级渐扩管－麵扩官？?１压??力?Ｙ?（?／?／?喉部?／???＾一＾一力??入出??□ｊｊ?ｘ??｜〇??图３－２文丘里管模型??Ｆｉｇ．３－２?Ｖｅｎｔｕｒｉ?ｔｕｂｅ?ｍｏｄｅｌ??文丘里管为回转体结构，管路流场上下部分具有回转对称关系。再考虑计??算成本和计算收敛性后，采用二维模型方法进行计算域的建模，沿管路中心轴??线将截面的上半部分作为计算域模型，如图３－２所示，管路结构包括入口、出??２６??

模型图,文丘里管,模型