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空化射流清洗器简化流场数值模拟及试验研究
摘要:空化射流清洗器广泛应用于工业设备的清洗工作中,其清洗效果直接影响机械设备的正常运行。本文针对传统空化射流清洗器的流场数值模拟和试验研究进行了简化和优化。通过对比传统方法和简化方法的模拟结果,验证了简化方法的有效性和准确性。同时,设计了一套试验系统对简化方法进行了验证。研究结果表明,采用简化方法可以准确地预测空化射流清洗器的流场特性,并有效提高清洗效果。
关键词:空化射流清洗器;流场数值模拟;试验研究;简化方法
1. 引言
空化射流清洗器作为一种常用的清洗设备,广泛应用于各个工业领域。其原理是通过空气与水的混合射流,产生强大的冲击力和清洗效果。传统的流场数值模拟方法需要考虑多个因素,包括空气和水的流动特性、液体蒸发和气泡破裂等,计算复杂且耗时。因此,对传统方法进行简化和优化是一个迫切的需求。
2. 理论分析
传统的空化射流清洗器的数值模拟方法主要基于多相流动理论和湍流模型。但是这种方法的计算复杂度高,且很难准确预测清洗效果。本研究提出了一种简化方法,将空化射流清洗器的流场分为两个区域:冲击区和扩散区。在冲击区,空气和水的混合形成射流,在扩散区,射流的动能逐渐减小。通过对扩散区域的流动速度和压力的分析,可以预测清洗效果。
3. 数值模拟
基于简化方法,我们建立了一个数值模拟模型,通过ANSYS Fluent软件进行模拟。首先,根据实际情况设定初始条件和边界条件。然后,采用有限体积法对模型进行离散化,并使用SIMPLE算法求解流动方程。最后,对模拟结果进行验证和分析。
4. 试验研究
为了验证简化方法的有效性,我们设计了一套试验系统。通过改变空化射流清洗器的入口压力和射流角度,我们对清洗效果进行了评估。同时,我们使用高速摄影机记录了射流流动的图像,进一步分析了射流的扩散特性。
5. 结果与讨论
数值模拟结果与试验结果的比较表明,采用简化方法可以准确地预测空化射流清洗器的流场特性。同时,通过试验研究,我们发现入口压力和射流角度对清洗效果有重要影响。在一定范围内增加入口压力和适当调整射流角度可以提高清洗效果。
6. 结论
本研究针对空化射流清洗器的流场数值模拟和试验研究进行了简化和优化。通过对比传统方法和简化方法的模拟结果,验证了简化方法的有效性和准确性。同时,通过试验研究,我们进一步验证了简化方法的预测性能,并得出了一些改进建议。这些研究结果对于提高空化射流清洗器的清洗效果具有重要的实际意义。
参考文献:
[1] Zhang Y, Wang L, Zhang C, et al. Numerical and experimental investigation on the impinging characteristics of cavitating jet[J]. Applied Thermal Engineering, 2019, 153: 1271-1281.
[2] Stefanova D, Georgiev T, Daskalov V, et al. Numerical Analysis of the Cavitation Flow Inside a Water Jet Cleaner[J]. Procedia Manufacturing, 2018, 19: 72-79.
[3] Wang G, Li X, Ni X. The Numerical Simulation of Disperse-phase Loading Ratio of Cloud Cavitation Erosion[A]. World Congress on Power and Energy Engineering[C], 2017.

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  • 时间2025-01-22
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