题目：簧片哨的空化场模拟与实验探究

摘  要
工业的加速发展，使废水污水中污染物的成份逐年增多。传统的水处理技术已显的力不从心。近年来，国内外的学者们相继在实验室开展了利用超声波的声空化效应来降解废水、污水中的不同有机物，并与氧化处理、膜法等传统技术联用，取得了一定的效果。但是由于受到声空化反应器的设计限制，使这种技术很难实现工业化。因此，学者们将目光聚集在水力空化的研究上。水力空化是在水力装置(如几何孔板，文丘里管，簧片哨等)的设计上改变液体流道，使流道所通过的水力装置截面发生突变，当流体流经这些突变的截面时会形成高压射流，因此在流道面积突变处会形成空化，空化区域中的空泡将随液体一起流动，这便在流场内形成一个较大的空化场。此外水力空化的装置简单、能耗低、处理量大，这为大流量处理的工业化应用带来优势。簧片哨作为水力空化发生装置，具有比一般的水力机械空化效果高的多重空化效应。本论文所做工作主要包括以下几点：
（1）由空化机理可知，空化现象包括空化初生、空化发展与溃灭。而空化初生应满足两个必要条件，即液体中有微空泡和低压力场的存在。簧片哨作为空化发生器，也应满足这两个必要条件。本文通过理论分析与计算，发现簧片哨满足空化初生的必要条件，因此簧片哨可以发生空化。
（2）应用有限体积法的计算流体动力学软件Fluent，对簧片哨的空化流场进行数值模拟。通过气液两相混合流的连续方程、动量方程和第二相体积分数方程求解流场中液体的气含率分布、湍动能分布、绝对压强分布及速度分布，经分析发现簧片哨可以发生空化现象，且在簧片的尖劈处其空化强度是最强。
（3）实验研究工作主要是从定性的角度对数值模拟起验证和支撑作用。为了更深入、更直观的研究簧片哨的空化，本文通过实验采集其不同工作压力时噪声信号，对其进行傅里叶变换得到频谱图，分析发现在入口压力为0.5MPa时，簧片哨产生空化现象，且随着入口压力的增大，空化强度越强烈。同时用铝箔腐蚀的实验方法对簧片哨的空化现象进行了测量，发现可以明确的观察到簧片哨的空化现象。通过对实验结果的分析和观察，得到了与Fluent软件模拟相吻合的结论。
（4）通过Fluent软件模拟簧片哨的结构参数（喷嘴长度、入口直径）对其空化效果的影响。发现对于簧片尺寸和喷嘴厚度不变，随着喷嘴长度的减小，空化流场中的气含率和湍动能都在增加，绝对压力在减小，这有利于空化的发生，可以增强空化流场中的空化强度；其次在入口压力、簧片尺寸和喷嘴尺寸不变的情况下，当入口直径减小时，簧片哨空化流场内产生较大的气含率、湍动能、以及较低的压力场，这些条件增加了流场内的空化效应，可对悬臂式簧片哨的优化设计提供参考。