空化射流降解水中苯酚的实验研究

通过实验研究进口压力、初始浓度、泵机类型和溶液酸碱度对空化射流条件下苯酚降解率的影响。研究表明,较高的进口压力,较低的苯酚初始浓度,流量较大的高压泵以及溶液液相的酸性环境都有利于苯酚的降解,进口压力为6MPa时效能比最好。     

Cavitation characteristics of pit structure in ultrasonic field

Bubble collecting, bubble holding and micro-bubble ejecting characteristics of pit structure and the influence of cavitation bubble on the development of erosion pit are investigated by means of high-speed photography experiments. Pits tend to collect and hold wandering cavitation bubbles. The air holding phenomenon of pits can be a destination of the incubation period in the process of cavitation erosion. The holding bubble tends to eject micro-bubbles from the top of holding cavitation bubble, making the pit a source of nuclei. With bubbles being held in pits, the diameters of pits increase rapidly. But in the given experiment condition, there is a specific stable value beyond which the diameter of pits will not increase. This characteristic will be helpful in understanding and predicting the cavitation erosion process. Supported by the National Basic Research Program of China (“973” Program) (Grant No. 2007CB714105) and the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 50539060)     

空化对振动水翼附加质量和阻尼特性影响研究

抽水蓄能机组需频繁调节工况以适应电网需求。由此水力激振频率范围加宽,共振风险增加。附加质量和阻尼特性是评估共振工况点和共振幅值的关键参数。在空化发生时,叶片绕流流体从液相变成汽相,其复杂的流固耦合效应对叶片附加质量和阻尼特性产生影响。本文将叶片简化为NACA 0009水翼,探索了空化发生时基于双向流固耦合的附加质量和水力阻尼特性预测方法。结果表明,模拟得到的静水中固有频率和不同空化数下的空化脱落频率与实验结果吻合良好,相对误差分别在7.12%和8.76%以内。在空化数σ=1.04~2.02范围内,固有频率和水力阻尼随空化数的降低分别增大和减小,相对于实验的平均误差分别为9.69%和13.65%。内部流动分析表明反向射流导致前缘空化周期性脱落,吸力面的绕流速度下降则是空化发生后水力阻尼下降的主要原因。研究成果对抽水蓄能机组设计阶段预判空化时的叶片振动评估具有重要指导意义。     

超声波灭活水中微生物试验研究

为了探讨超声波灭菌作用机制,进一步为超声波用于净水厂污泥无害化处理提供技术支持,试验采用实验室模拟水样,研究了超声功率(250~1 500 W)、频率(25 k Hz和40 k Hz)对大肠菌群灭活效果、超声空化强度和羟基自由基产量的影响.结果表明:相同时间和频率下,在超声功率为250~1 500 W时,大肠菌群灭活率随着功率的增大先逐渐上升,达到1 250 W后,灭活效果变化不明显;相同时间和功率条件下,40 k Hz灭活效果优于25 k Hz.超声空化强度和羟基自由基的产量与灭活率规律相似,超声灭活率随着超声过程中超声空化强度和羟基自由基产量的增大而增大.通过投加自由基掩蔽剂碳酸氢钠(Na HCO3)掩蔽自由基氧化作用判定羟基自由基在超声灭菌过程中的确产生了灭活作用,但作用比较弱.     

水下火箭弹头部空化流场的数值仿真研究

对火箭弹头部的局部空化流场的研究可作为头部敏感装置安装位置设计和选择的依据。研究了利用RANS(针对定常分析)和LES(针对非定常分析)湍流模型对水下火箭弹弹体头部空化流场进行仿真分析的方法,并与实验结果进行对比验证。通过仿真分析了在零攻角/小攻角下弹体头部周围定常、非定常流场空化区域和不同速度、加速度下空化区的变化;比较了相同空化数下不同速度对空化区域的影响。结果发现,小攻角情况下的火箭弹头部背流面空化流场存在较强的非定常特性,头部流场空化区受到加速度的影响且存在速度比尺效应。     

结构参数对拉伐尔喷管空化特性影响的数值模拟

采用CFD方法模拟水在不同结构参数拉伐尔喷管中的空化流动情况。在一定的操作参数下,采用空化泡动力学模型模拟分析拉伐尔喷管不同入口直径、喉部直径、收缩段长度、扩张段长度、扩张段锥角等结构参数对空化效果的影响,并参照正交试验的方法研究各影响因素与水平之间的关系。结果表明：随着喷管喉部直径的减小,空化区域内的汽含率升高,空化数减小,空化效应增强;入口直径与收缩段长度的改变对喷管空化特性的影响不明显;在一定范围内增大扩张段锥角有利于空化强度的增加,但锥角过大反而抑制空化的进行;扩张段长度的增加可以影响空化产生的区域,但对空化强度影响较小;正交试验结果表明在几个结构参数之中,喉部直径的改变对喷管空化特性的影响最大。     

水翼剖面多目标粒子群算法优化

船舶螺旋桨及舵均由水翼剖面组成,为了提高桨、舵的水动力性能,需要对水翼进行优化设计,以便得到水动力性能更好的桨及舵。提出一种基于线性权重处理的多目标优化算法,以降低阻升比和改善水翼表面压力分布为优化目标,将其应用到多目标水翼优化中。分别选取不同的攻角、不同翼型和不同的翼型表达函数进行优化设计。优化后得到的新翼型相对于原始翼型,具有低阻生比和较低的最小负压力系数,提高了翼型的升力效率和空泡性能。因此,验证了提出的多目标粒子群算法能够应用到多目标翼型优化设计的可行性。     

西北风沙地区输电导线侵蚀及起晕电压实验模拟研究

针对西北地区风沙侵蚀输电导线现象,研究了导线粗糙度与起晕电压关系,在闭式风道内模拟了输电导线在第一年服役内受强沙尘暴侵蚀过程,并做了侵蚀铝棒的对照实验。用光切显微镜测量了表面粗糙度,电晕笼测量系统测量了起晕电压,再对实验数据插值与拟合处理,分析认为,导线粗糙度随风沙侵蚀呈增大趋势,而起晕电压在试验前期升高,试验中期起伏变化,后期与粗糙度呈负相关关系,即导线起晕电压随着粗糙度增大而降低。     

Effect of molecular weight on molecular orientation and morphology of polypropylene sheets containing a β-nucleating agent

In this study, polypropylene (PP) films containing the β nucleating agent, N,N′-dicyclohexyl-2,6-naphthalenedicarboxamide, were prepared using PP with three different molecular weights (low, medium, and high) by extrusion process with T-shaped die. The structure and morphology of the films were studied after stretching. It was found that a unique molecular orientation, in which both the c-axis and crystalline lamellae were oriented perpendicular to the flow direction, was formed in all undrawn film samples, irrespective of the molecular weights of the PP. In the PP sheets stretched in the machine direction, the low-molecular-weight sample containing the nucleating agent exhibited brittle properties owing to a lack of tie chains in the stretching direction. In contrast, cavitation was prominent in the medium (M-PP)- and high (H-PP)-molecular-weight samples. Notably, M-PP containing the nucleating agent, with a high degree of molecular orientation, promoted the formation of a large number of voids. In H-PP containing the nucleating agent, the presence of numerous tie chains inhibited cavitation, resulting in fewer voids. The experimental results demonstrated the influence of the molecular weight on the void structure, which will be useful in the field of microporous membranes.     

多超声振子作用下气泡动力学数值模拟

超声对强化吸收制冷循环中发生器内溴化锂水溶液沸腾传热有重要意义,目前开展的相关研究较少,尤其多超声振子气泡动力学方面的理论尚未报道。为探究振子数量对溶液空化特性的影响,构建多振子气泡动力学模型,以纯水为例验证了模型准确性,探讨了不同影响因素对溶液空化特性的影响。模拟结果表明：总声强为1 W/cm²,振子数量由1增加至5时,空化气泡最大半径增加了44.12%,振子数量达到24～25个时,气泡最大半径增加率仅为1%;发生压力对空化效应的影响随着振子数量的增多而增大,单振子在吸收制冷系统的真空发生器更易产生稳态空化,而多振子更易在真空发生器内产生瞬态空化;多振子频率均匀度越小,空化强度越大,声强均匀度对空化强度的影响可忽略。