水力空化耦合撞击流空化器的数值模拟.pdf

Hy d r a u l ic s P n e u ma t ic s S e a l s No 1 2 2 0 1 5 d o i l O 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 5 1 2 0 1 0 水力空化耦合撞击流空化器的数值模拟 陈驭航 何志霞 纪长浩 江苏大学 江苏 镇江 2 1 2 0 0 0 摘 要 为了研究双向水力空化反应器耦合撞击流试验台强化生物柴油制备的操作因素的影响 基于A N S Y S F l u e n t 1 5 0 针对入 口 压 力 初始掺气含量 撞击流对空化效果和流场影响进行数值模拟 结果表明 空化产生于孔板孔内和孔板下游端 且空化强度和空化 云范围随着入 口压力的增加而增大 空化产生后对孔板后流场影响很大 产生漩涡 过大的掺气量对空化有明显抑制作用 撞击流 在中心处湍动能较大 混合强烈 关键词 水力空化 空化数 撞击流 数值模拟 中图分类号 T H1 3 8 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 5 1 2 0 0 3 3 0 4 Nu me r ic a l S imu l a t io n o f Hy d r o d y n a mic Ca v it a t io n imp in gin g Co u p l in g Re a c t o r C HE N Y u h a n g HE Z h i x ia 1 1Ch a n g h a o J ia n g s u U n iv e r s i t y Z h e n j ia n g 2 1 2 0 0 0 C h i n a Ab s t r a c t B a s e d o n t h e A NS YS F l u e n t 1 5 0 t h e o p e r a t i n g f a c t o r s in l e t p r e s s u r e in it ia l mi x e d g a s c o n t e n t a n d i mp i n g in g s t r e a m a r e in v e s t i g a t e d o n a h y d r o d y n a mi c c a v it a t io n i mp i n g in g r e a c t o r T h e r e s u l t s s h o w t h a t c a v i t a t i o n is p r o d u c e d in t h e o r ifi c e p l a t a n d i t s d o wn s tr e a m e n d a t t h e s ime t ime c a v i t a t io n i nt e n s i t y a n d c a v itat i o n c l o u d r an g e i n c r e a s e s wit h the i n c r e a s e o f i n l e t p r e s s u r e it is o b v i o u s that c a v i t a t io n h a s a b i g i n flu e n c e o n o r i fi c e flo w T o o mu c h mi x e d g a s o f c a v itat io n h a s a l l o b v io u s i n h i b i t o r y e ffe c t At the c e n t e r o f i mp i n g i ng s tr e a m th e t u r b u l e n t k in e t ic e n e r g y is th e l arg e s t Ke ywo r d s h y dro d y n am ic c a v i t a t io n c a v it a t i o nn u mb e r imp in g i n g s tre a m n um e r ic a l s imu l a t i o n 0 引言 空化作为液体一种特有的非常复杂的流动动力现 象 由于其溃灭的同时将产生瞬时高压高温 和强烈的 收稿日期 2 0 1 5 0 5 1 4 基金项目 江苏省六大人才高峰资助项 目 2 0 1 3 J N H B 0 1 7 1 作者简介 陈驭航 1 9 9 0 男 浙江绍兴人 硕士 研究方向 柴油机喷嘴 内流 水力空化等 冲击波和微射流n 以期达到增加非均相液体混合尺度 的效果 针对这一特性 空化效应应用于制备生物柴 油等领域口 水力空化技术则由于其装置方便 能源环 保等优点口 成为一大研究热点 水力孔板空化反应器已早有研究 本文在此基 础上 自 行搭建双向水力空化孔板反应器耦合撞击流试 验台 基于此试验台 可以开展生物柴油制备 水力除 种吸附不易被非极性溶剂冲洗后脱附 图5 b 是a 样品 的乙醇溶液流经石英单晶表面的频率的变化 如图5 b 所示 3 0 0 s 前为乙醇溶液信号 切换到硫代磷酸酯的乙 醇溶液后 著下降 2 2 0 0 s 后切换回乙醇后 发现 厂 可 以恢复到基线的位置附近 这表 明硫代磷酸酯在 乙 醇溶剂中可以在不锈钢表面进行吸附 但是形成的吸 附膜并不牢靠 在乙醇冲洗下比较容易脱附 不能在表 面形成致密稳定的薄膜 3 结论 硫代磷酸酯在不同基础油中的减摩性能表明硫代 磷酸酯在三类基础油Y u b a s e 6 和P A O 6 中表现出更好 的减摩性能 硫代磷酸酯在 Y u b a s e 6 矿物油 中的抗磨 性能要优于 P A O和 P A G 通过 Q C M D研究硫代磷 酸 酯的吸附行为表明 硫代磷酸酯在正庚烷体系中的不 锈钢表面形成的吸附膜更加稳定牢靠 参考文献 巩清叶 卢启明 何万仁 等 几种硫代磷酸酯在菜籽油中的摩 擦学和抗乳化性能研究 J 摩擦学学报 2 0 0 3 2 3 4 3 1 1 3 1 5 何万仁 张泽抚 刘维民 等 正丁基硫代磷酸酯的合成及其 摩擦学性能研究 J 化学物理学报 2 0 0 3 1 6 1 6 9 7 4 伏喜胜 张龙华 刘维民 等 T 3 1 0 A 硫代磷酸酯铵盐抗磨添 加剂的合成与应用 J 石油炼制与化工 2 0 0 5 3 6 4 5 2 5 6 于忠 祁伯诚 王伟 等 硫磷酸酯磷酸复酯胺盐极压抗磨剂 的制备与评价 J 润滑油 2 0 0 2 1 7 4 4 2 4 5 续景 刘维民 伏喜胜 等 硼化硫代磷酸酯胺盐的极压抗磨 性能研究 J 摩擦学学报 2 0 0 4 2 4 2 1 8 1 1 8 4 官婷婷 张东恒 孔令杰 等牙U 用 Q C M D研究 Z D D P在不锈 钢表面的吸附行为f J 润滑油 2 0 1 3 2 8 3 5 5 6 0 何万仁 张泽抚 刘维民 等 硫代磷酸三正辛酯的合成及其 摩擦学性能的研究 J 摩擦学学报 2 0 0 3 2 3 1 2 8 3 2 张遂心 王晓波 赵改青 等 几种极压抗磨剂对聚脲润滑脂 摩擦学性能的影响 J 精细化工 2 0 1 0 2 7 1 2 1 2 2 8 1 2 3 2 3 3 网 嘲 Hy d r a u l ic s P n e u m ics S e a l s No 1 2 2 0 1 5 好 在对称压力 0 3 MP a 处关节转角达到4 5 取 1 号肌 肉压力为0 1 0 5 MP a 区间曲线的线性误差为6 4 8 I 号压力 p 1 MP a 图6关节转角一 1 号肌肉充气压力曲线图 4 结论 在本研究 中我们建立 了关节 数学模 型 分析 了关 节转角静态特 l生 得到 以下结论 1 静态特性 曲线斜率 随 1 号肌 肉压力增加 而减 小 关节转角随2 号肌肉压力增加而减小 2 关节 试验最 大转角 与理论 最大转 角偏 差 2 2 2 2 3 对称压力试验 中线性偏差为 6 8 4 一 一 一 上接第3 5 页 数据点得到如图8 所示曲线 由图可知速度 和湍动能曲线 基本呈对称状态 由 于在撞击 区附近速度梯度较大 剪切力较大 所 以有一 些非对称 区域 速度在撞击 区下降 明显 在最中心速 度最低达到 1 5 m s 相应湍动能在喷孔出 口处有个稍大 值后急速下降 然后在撞击区急速上升 最高能达到 3 3 2 m 在撞击区由于速度梯度大而引起的强烈流体 剪切力和湍流混合 对生物柴油甲醇和原料油传质混 合有明显效果 I g 鞠 星 箍 雷 需 聪 径 阿距离 I n 图8径向距离速度和湍动能分布曲线 3 结论 通过 F l u e n t l 5 0 计算 了空化 器主要 的操作 因素 的 数值模拟及对结果的分析 得出以下结论 人口压力 的增加导致孔内流速升高 空化数减小 空化云范围增 参考文献 1 N T s u j iu ch i T K o i z u m i H K a n e t a 1 Mo d e l i n g a n d C o n t r o l o f a J o in t D r i v e n b y P n e u ma t ic A ct u a t o r R P o a o I E C O N P r o ce e d in g s 2 0 0 9 2 D o n g j u n S h i n I r e n e S a r d e l l it t i Y o n g L a e P a r k e t a 1 D e s ig n a n d C o n t r o l o f a B i o in s p ir e d H u m a n F rie n d l y R o b o t O S p r in g e r T r a ct s in A d v a n ce d R o b o t i cs 2 0 0 9 5 4 4 3 5 2 3 Y A r ig a H T T P h a m M U e m u r a e t a 1 N o v e l E q u i l i b riu m P o i n t Co n t r o l o f Ag o n is t An t a g o n i s t S y s t e m w it h P n e u ma t ic A r t i fi ci a l Mu s cl e s R S t P a u l I C R A 2 0 1 2 4 刘昊 王涛 范伟 等 气动人工肌肉关节的自抗扰控制 J 机 器人 2 0 1 1 N 4 6 1 4 6 6 5 杨辉 郝丽娜 项超群 等 P A M仿生肘关节运动学逆解建模 及验证 J 液压与气动 2 0 1 5 2 1 2 1 6 6 6 项超群 杨辉 柳强 等 气动人工肌肉上肢仿生关节设计 J 液压与气动 2 0 1 4 3 1 0 1 1 0 4 7 隋立明 张立勋 气动肌肉驱动仿生关节的理论分析 J 机床 与液压 2 0 0 7 4 1 1 3 1 1 6 8 8 杨钢 李宝仁 傅晓云 气动人工肌肉系统动态特性研究 J 中国机 械工程 2 0 0 5 5 2 1 2 3 加 空化云不仅能在孔内产生且能在孔板末端射流 包围漩涡区产生 且空化产生对孑 L 板后流场影响很大 造成漩涡的产生 极小的初始掺气量能对空化产生 促进作用 但过量的掺气将导致空化强度和空化云范 围大大下降 反应器末端双向撞击流 在中心处速度 下降明显 产生较大速度梯度和剪切力且湍动能大大 增加 有强烈的混合传质作用 以期达到强化生物柴油 制备的效果 参考文献 1 GO G A T E P R C a v i t a t io n a n A u x i l i a r y T e ch n iq u e i n Wa s t e w a t e r T r e m me n t S h e me s J A d v a n ce s i n E n v i r o n m e n t a l R e s e a r ch 2 0 0 2 6 3 3 3 5 3 5 8 2 王 惠敏 孙三祥 水力空化及其研究现状 J 甘肃科技 2 0 0 5 2 1 1 1 5 0 1 5 1 3 3 张晓冬 李