特斯拉閥水力空化的數(shù)值研究

王 濤, 王昊文, 林煜琛, 陳珉芮, 錢錦遠(yuǎn)

(浙江大學(xué) 能源工程學(xué)院 化工機(jī)械研究所, 浙江 杭州 310027)

1 前 言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各行各業(yè)的污水排放量大增，水資源的短缺問題將更加突出[1]。空化技術(shù)是一種新興的水處理技術(shù)，根據(jù)空化產(chǎn)生的方法一般可以分為超聲空化、水力空化、光空化和粒子空化等4 種類型。其中，水力空化是水處理研究學(xué)者關(guān)注的熱點領(lǐng)域之一。

水力空化是指液體流經(jīng)某一節(jié)流元件產(chǎn)生較大的壓降，使得液體的壓力低于其飽和蒸氣壓，從而發(fā)生空化的現(xiàn)象[2]。水力空化技術(shù)因為具有能量利用率高、裝置簡單、操作方便等優(yōu)點[3-5]，得到了廣泛的應(yīng)用。目前，空化發(fā)生器的主要形式有文丘里管和多孔孔板。孔板式空化器與文丘里管空化器都具有結(jié)構(gòu)簡單、能耗小及操作方便等優(yōu)點，但空化效率還有待提高。

基于以上背景，開發(fā)新的水力空化裝置具有積極的經(jīng)濟(jì)價值和社會效應(yīng)。特斯拉閥由TESLA 等[6]在1920 年提出，獨特的雙靜脈弧形設(shè)計使特斯拉閥具有與方向相關(guān)的壓降特性。近些年，本課題組針對特斯拉閥進(jìn)行了氫氣逆向減壓等多項研究。在此基礎(chǔ)上，考慮到特斯拉閥擁有與方向相關(guān)的壓降特性，形成“流體二極管”的效果，從而在逆流時可以產(chǎn)生較好的水力空化效果，因此在污水處理方向具有積極的應(yīng)用前景。本文基于標(biāo)準(zhǔn)k-ε 湍流模型，驗證了特斯拉閥確實會發(fā)生空化，對不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的特斯拉閥進(jìn)行數(shù)值模擬，并優(yōu)化其空化效果。……