球形颗粒附近空化泡的动力学分析
杨涵硕1
王德喜1
陈功2
杨亚丽2
姜久闯2
于红蕾1
1.沈阳工业大学机械工程学院,辽宁沈阳 1108702.沈阳工业大学化工装备学院,辽宁沈阳 110870
摘要：[目的]空化是一种自然界存在的物理现象,空化的产生出现在多个领域,包括材料学、地质学和生物学等.早期空化研究是为了避免其带来的不利影响,比如细胞功能下降、岩石破裂、水力机械的材料空蚀损坏和动力性能恶化等.然而人们逐渐发现空化在多个领域中具有积极应用,比如强化材料、促进化学反应合成、去除难降解有机污染物等.研究空化泡在近壁面附近的溃灭过程,可以更好地了解空化泡溃灭对壁面的作用机制,从而在多领域应用中更好地利用空化效应.壁面包括凹面、凸面、锥面、不规则面等,球形颗粒表面属于凸面的一种.采用空化技术处理含油污泥,可以显著提高回油率,实现油泥资源化处理.空化破解油泥的机理是空化泡在油泥颗粒表面溃灭时,产生高温高压及高速射流,有利于油与固体颗粒的分离,实现油的回收再利用.[方法]研究球形颗粒附近空化泡溃灭的动力学行为,探究空化泡溃灭的演化过程,进而分析颗粒与空化泡之间的距离和颗粒尺寸对颗粒-空化泡相互作用的影响机制.利用质量、动量和能量守恒原理描述空化泡动力学行为,采用流体体积法对泡壁拓扑结构的变化进行精确界面捕捉,利用ANSYS软件数值模拟了空化泡在球形颗粒附近的溃灭过程.[结果]空化泡在球形颗粒附近随着时间变化逐渐发生溃灭,其溃灭形态受到距离参数和尺寸参数的影响.空化泡坍塌瞬间会形成指向颗粒的微射流与高温高压极端环境.[结论]当球形颗粒距离空化泡距离较近时,空化泡呈现梨形坍塌;当距离较远时,空化泡呈现球形坍塌.当距离参数减小或颗粒尺寸增大时,球形颗粒边壁受到的最大压力增大;当距离参数减小或尺寸参数减小时,空化泡形成的最大射流速度增大,颗粒边壁处最大温度增大.较大尺寸颗粒附近空化泡溃灭时间更长,且受距离参数影响较大.空化泡距离越远,溃灭时间越长.
关键词：空化空化泡球形颗粒流体体积法动力学数值模拟射流速度溃灭时间
分类号：TB559(声学工程)
资助基金：国家自然科学基金(51904123)
论文发表日期：2025-01-24
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：6( 67-72 )
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