空化撞击流数值模拟

王春晓 李福宝

（沈阳工业大学 化工装备学院，辽宁 辽阳111003）

1 概述

空化的发生主要是在流场中存在低于对应温度下的饱和蒸气压而出现的气泡的产生、发展和溃灭的过程[1]。空化在气泡溃灭瞬间能够产生在小范围内产生巨大的高温高压和能量。随着对空化的认识深入，空化产生的空化效应被用于清洗、废水处理、切割等方面。撞击流[2]是由两股相对的流高速射流撞击，在撞击面能够产生极高的相对速度。空化撞击流[3]是将空化技术和撞击流技术结合提出来的一项技术。空化撞击流既能够利用空化产生的效应，也可以具有撞击流的特性，因此该技术可以产生较高的的微射流和冲击波[4]。本文对空化撞击流的流场进行模拟，探究其流场特点。

2 数值模拟

2.1 模型建立

喷嘴作为空化射流的主要部分，空化喷嘴如图1 所示。

研究空化撞击流的流场，需要将两个空化喷嘴放在同一水平面上，进行撞击流的研究，初步将两喷嘴的距离定为40mm（见图2）。

2.2 网格划分以及边界条件设置

对建立的模型进行网格划分，网格划分如图3 所示。

对划分的网格进行检查，如图4 所示。

图1 空化喷嘴

图2 撞击流模型

图3 网格划分图

图4 网格检查

图5 压力云图

图6 压力沿x 轴分布

图7 速度分布图

图8 速度沿x 轴分布

2.3 模拟结果

如图5 和图6 所示为撞击流体的压力分布，从图中可以看出最大压力主要集中在撞击区域的中心位置，最高压力可达8824Pa，由中心向两边缘逐渐扩散，并且逐渐减小。

如图7 所示为撞击流体的速度分布，最大速度分别出现在两股射流的中心位置，最大速度为6.152m/s。如图8 为两股射流速度沿x 轴的分布图，从图中很直观的看出在撞击流在x=0 的区域速度为1m/s,在-20 至20 之间有最大速度。

3 结论

3.1 空化撞击流在撞击区能够产生较高的压力，为空化撞击流在降解有机物方面有重要的作用。

3.2 空化撞击流的速度分布有射流中心向外壁不断减小，速度与射流喷射的距离成反比关系，在撞击面速度为1m/s。