空化撞擊流數(shù)值模擬

王春曉 李福寶

（沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué) 化工裝備學(xué)院，遼寧 遼陽(yáng)111003）

1 概述

空化的發(fā)生主要是在流場(chǎng)中存在低于對(duì)應(yīng)溫度下的飽和蒸氣壓而出現(xiàn)的氣泡的產(chǎn)生、發(fā)展和潰滅的過程[1]。空化在氣泡潰滅瞬間能夠產(chǎn)生在小范圍內(nèi)產(chǎn)生巨大的高溫高壓和能量。隨著對(duì)空化的認(rèn)識(shí)深入，空化產(chǎn)生的空化效應(yīng)被用于清洗、廢水處理、切割等方面。撞擊流[2]是由兩股相對(duì)的流高速射流撞擊，在撞擊面能夠產(chǎn)生極高的相對(duì)速度?？栈矒袅鱗3]是將空化技術(shù)和撞擊流技術(shù)結(jié)合提出來(lái)的一項(xiàng)技術(shù)?？栈矒袅骷饶軌蚶每栈a(chǎn)生的效應(yīng)，也可以具有撞擊流的特性，因此該技術(shù)可以產(chǎn)生較高的的微射流和沖擊波[4]。本文對(duì)空化撞擊流的流場(chǎng)進(jìn)行模擬，探究其流場(chǎng)特點(diǎn)。

2 數(shù)值模擬

2.1 模型建立

噴嘴作為空化射流的主要部分，空化噴嘴如圖1 所示。

研究空化撞擊流的流場(chǎng)，需要將兩個(gè)空化噴嘴放在同一水平面上，進(jìn)行撞擊流的研究，初步將兩噴嘴的距離定為40mm（見圖2）。

2.2 網(wǎng)格劃分以及邊界條件設(shè)置

對(duì)建立的模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格劃分如圖3 所示。

對(duì)劃分的網(wǎng)格進(jìn)行檢查，如圖4 所示。

圖1 空化噴嘴

圖2 撞擊流模型

圖3 網(wǎng)格劃分圖

圖4 網(wǎng)格檢查

圖5 壓力云圖

圖6 壓力沿x 軸分布

圖7 速度分布圖

圖8 速度沿x 軸分布

2.3 模擬結(jié)果

如圖5 和圖6 所示為撞擊流體的壓力分布，從圖中可以看出最大壓力主要集中在撞擊區(qū)域的中心位置，最高壓力可達(dá)8824Pa，由中心向兩邊緣逐漸擴(kuò)散，并且逐漸減小。

如圖7 所示為撞擊流體的速度分布，最大速度分別出現(xiàn)在兩股射流的中心位置，最大速度為6.152m/s。如圖8 為兩股射流速度沿x 軸的分布圖，從圖中很直觀的看出在撞擊流在x=0 的區(qū)域速度為1m/s,在-20 至20 之間有最大速度。

3 結(jié)論

3.1 空化撞擊流在撞擊區(qū)能夠產(chǎn)生較高的壓力，為空化撞擊流在降解有機(jī)物方面有重要的作用。

3.2 空化撞擊流的速度分布有射流中心向外壁不斷減小，速度與射流噴射的距離成反比關(guān)系，在撞擊面速度為1m/s。