缩放型喷嘴空化流动特性的数值分析

为研究空化射流结构及剪切空泡的形成演化,文中采用RANS-LES混合模型方法对一种缩放型喷嘴的空化水射流进行数值模拟计算,对比分析了不同扩张角喷嘴对射流流场的影响以及空泡初生阶段其形态、速度、湍动能等物理量的变化规律.计算结果发现:喷嘴扩张角对空化射流影响较大,当扩张角为60°时其空化性能更优;由于空化射流速度非常高,射流剪切层内存在较大的速度梯度,两侧流体发生频繁的能量交换并产生许多旋涡结构;空化现象最早发生在喷嘴喉管处并逐渐向扩张段及喷嘴出口附近运动发展,空化程度不断增大,不同时刻径向截面内的各参数均沿轴心对称分布,空泡形态呈圆环状,并随着时间推移圆环面积逐渐增大.研究结果对于提高空化水射流性能、拓宽空化水射流应用范围、揭示空化水射流特性等方面具有一定的应用价值及指导作用.     

立式自吸泵环形喷射孔比面积对其性能的影响

为了研究环形引流喷射对立式自吸泵性能的影响,以350WFB-1200-50型立式自吸泵为研究对象,采用RNG k-ε湍流模型和Zwart空化模型对不同环形喷射孔比面积下的立式自吸泵进行全流场数值计算.结果表明:环形引流喷射可明显提升叶轮进口压力,能有效改善泵的空化性能;引流流量会使叶轮进口处速度增大,导致泵的必需空化余量NPSHR增大,使泵的空化性能有所恶化;两者的共同作用下,泵的空化性能呈先变好后变差的趋势;随着环形喷射孔比面积k的增大,压水室出口处的泄漏量增大,导致泵的容积损失增大;泄漏流使压水室出口处产生较多旋涡,且射流对叶轮进口流线产生排挤,对主流造成较大影响,使泵的扬程和效率呈下降趋势;当环形喷射孔比面积k=0.25时,泵的汽蚀余量最小,相比于原模型,泵汽蚀余量减小了23%,扬程下降了2.1%,效率下降了2.5%.研究结果可为立式自吸泵优化设计提供一定参考.     

不同叶片后掠角度下轴流泵叶顶区空化流场与性能研究

为研究轴流泵叶片后掠对叶顶区空化流场及性能的影响,以南水北调工程TJ04-ZL-02编号叶轮缩放模型为原型叶轮,将叶片重心积迭线圆周后掠得到后掠20°和后掠40°叶轮。基于ANSYS CFX 软件对全流场进行数值模拟,对比分析原型叶轮与后掠叶轮流道内压力、空泡、流线分布的变化,并对不同空化条件下叶片后掠对叶顶区漩涡强度、涡量和速度场的影响进行分析。研究表明：后掠叶轮临界空化余量降低,后掠叶片吸力面空化面积及空泡体积分数均低于原型叶片。在空化工况下,叶片后掠减小吸力面侧低压区域,有效抑制叶顶区三角形空化云的发展。由于叶片后掠减小叶顶区压差,导致叶顶泄漏量减小,TLV核心区漩涡强度和涡量随后掠角度的增大而减小,随着空化程度加剧,TLV漩涡强度和涡量均变大,叶顶区流场更加复杂紊乱。     

空化射流条件下大豆分离蛋白糖基化产物乳液特性研究

为探究空化射流对大豆分离蛋白糖基化产物乳液特性的影响,以大豆分离蛋白、葡萄糖、葡聚糖为原料,通过空化射流处理辅助糖基化制备大豆分离蛋白-葡萄糖共价复合物乳液、大豆分离蛋白-葡聚糖共价复合物乳液,探究空化射流技术对大豆分离蛋白糖基化产物乳液的粒径、ζ-电位、微观结构、蛋白吸附率、乳析指数及抗氧化性的影响。结果表明：经过一定时间的空化射流处理后的糖基化产物乳液平均粒径显著降低、ζ-电位增大、微观结构液滴逐渐变得均匀,蛋白吸附率升高、乳析指数降低、还原力和DPPH自由基清除能力均升高,并在空化射流处理80 min时,乳液特性达到最佳,且相比大豆分离蛋白-葡萄糖共价复合物乳液,大豆分离蛋白-葡聚糖共价复合物呈现出更好的乳液特性;但随着空化射流处理时间的进一步增加,糖基化产物乳液的平均粒径升高、ζ-电位减小、微观结构开始出现聚集情况,蛋白吸附率呈降低趋势,乳析指数逐渐升高。适当时间下的空化射流辅助处理可以改善糖基化产物的乳液特性,提高乳液的储藏特性和抗氧化特性。     

太行山区栓皮栎、刺槐和侧柏对干旱的适应策略研究

目的 从水力结构的角度探讨栓皮栎、刺槐和侧柏对干旱的适应策略及其差异,为太行山区植被恢复提供理论依据。 方法 以太行山区成熟龄栓皮栎、刺槐和侧柏为研究对象,利用移液管测定其多年生枝条木质部初始比导率（Ks）、最大比导率（Ksmax）;利用冲洗法测定栓皮栎和刺槐导水率丧失百分比（PLC）,真空法测定侧柏PLC;采用光学显微镜、扫描电镜技术测定木质部导管/管胞和纹孔解剖结构等性状。 结果 （1）栓皮栎和刺槐木质部导管平均直径（Dv）、水力直径（Dh）、纹孔开口比例（Fap）、纹孔密度（NP）和纹孔比例（Fa）均显著高于侧柏,二者木质部Ks、Ksmax和PLC也显著高于侧柏;（2）刺槐Dv、Dh、Fap、NP和Fa显著高于栓皮栎,但刺槐的PLC显著低于栓皮栎,可能是由于刺槐纹孔室和纹孔口具有点状和齿状附物,因而增强了刺槐对干旱诱导气穴化的抵抗力。（3）3个树种木质部导管直径越大,纹孔口,纹孔开口比例、纹孔比例等性状也越大。 结论 栓皮栎和刺槐具有较高的木质部水分传输效率,采取快速生长的策略,侧柏具有较低的木质部水分传输效率,表明侧柏采取比较保守的资源获取策略。木质部导管和纹孔结构协同影响木质部水分传输效率和抵抗干旱诱导气穴化的能力,木质部解剖结构是决定不同树种对干旱环境适应性的重要性状。     

多边界条件下空化气泡演变特性的试验研究

为了揭示空泡在复杂边界条件作用下的动态演变机制,以电容器在水中放电产生的气泡为研究对象,通过对气泡的溃灭时间、迁移距离和水柱高度等动态特性参数进行定量分析,得到了边界效应对气泡发展的影响规律.结果表明,气泡在射流阶段、射流击穿气泡和回弹3个阶段气泡形态变化剧烈;多边界条件下,竖直刚性边界影响气泡内部射流的偏转角度;水平刚性边界影响气泡膨胀和溃灭过程的发展形态,气泡与水平刚性边界的距离大于、小于气泡半径时,产生2种不同的回弹形态;距自由液面越远,气泡内部射流越宽,自由液面对液面上方水柱高度的影响大于刚性边界.通过气泡和多边界相互作用的研究有利于揭示在复杂环境下空泡动态演化机制,可为复杂环境下气泡动态特性的预测分析提供相应支撑.     

双腔室自激振荡脉冲喷嘴空化射流的数值模拟

为研究自激振荡脉冲喷嘴结构参数对内部空化射流流场的影响,以单腔室自激振荡脉冲喷嘴结构为基础,对采用前后串联方式建立的双腔室自激振荡脉冲喷嘴进行Fiuent数值模拟.选用RNG k-ε湍流模型,分析来流雷诺数、前后腔室腔长比、腔径比的改变对空化射流的影响,并以腔室内的液相体积分数及喷嘴出口处的流速作为流场变化的评价指标.数值研究结果表明:当双腔室内部来流雷诺数由2.98×10⁵变到4.31×10⁵时,喷嘴腔室内的空化程度先增大后减小,与之相对应的液相体积分数先减小后增大;前后腔室腔长比为0.67时,腔室内空化气囊形状规则同时具有对称分布的涡环结构,有利于脉冲空化射流的发生;当腔室腔径比为1.20时,腔室内涡环结构与空化气囊均具有一定的对称性,同样可促进脉冲空化射流的发生,同时在出口处速度分布均匀且流速较大.     

空化微射流对米糠蛋白热聚集体结构及特性的影响

以米糠蛋白为研究对象,采用加热处理(p H值7. 2、100℃、20 min)制备热可溶性聚集体,分别对热聚集体进行空化微射流(0、30、60、90、120 MPa)处理,以未经处理的可溶性米糠蛋白作为对照,探究空化微射流处理对可溶性米糠蛋白聚集体结构特性(3D微观结构、粒径分布、电位、表面疏水性、官能团、二三级结构)和乳化特性(乳化性和乳化稳定性)的影响。结果表明:与热可溶性聚集体相比,经过空化微射流处理(90 MPa)后,3D微观结构高度和颗粒大小、总游离巯基含量、平均粒径和β-折叠含量降到最低,结构变得疏松;表面疏水性、乳化性指数及乳化稳定性指数提高了798. 05、90. 32 m~2/g和281. 68 min。低压(30～90 MPa)处理减小了热可溶性聚集体颗粒粒径,将不溶性聚集体转化为可溶性聚集体,使其乳化特性增大;而高压(120 MPa)处理则会使蛋白发生聚集,乳化特性降低。     

模拟翼型热敏介质空化流的湍流模型修正与应用

为了研究湍流模型对热敏介质空化流数值模拟精度的影响,结合滤波器模型(Filter-based model,FBM)和密度修正模型(Density-corrected model,DCM),基于局部网格尺度和气液两相混合密度,修正了3种湍流模型(k-ε、RNG kε和SST k-ω)的湍流粘度,并分别采用原始湍流模型和修正湍流模型,以不同温度的水为介质,对NACA0015翼型进行了单相和气液两相数值模拟。通过与实验数据比较,验证了数值模拟结果的准确性。研究结果表明,修正的kε模型消除了湍流尺度的影响,通过修正的RNG kε模型计算得到的空泡发展规律与实验结果一致。修正后的RNG kε模型揭示了空化与温度变化的规律,反映出较好的修正效果,可为低温热敏介质空化流数值模拟提供理论参考。