旋转超空泡蒸发器叶片参数优化的数值模拟研究

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1、硕士学位论文旋转超空泡蒸发器叶片参数优化的数值模拟研究NUMERICALSTUDYONTHEOPTIMIZATIONOFBLADEPARAMETERSOFROTATIONALSURPERCAVITATINGEVAPORATOR李倩哈尔滨工业大学2015年7月中图分类号：O359学校代码：10213UDC：530密级：公开工程硕士学位论文旋转超空泡蒸发器叶片参数优化的数值模拟研究硕士研究生：李倩导师：李凤臣教授申请学位：工程硕士学科：动力工程所在单位：能源科学与工程学院答辩日期：2015年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:：O359UDC：530Diss

2、ertationfortheMasterDegreeinEngineeringNUMERICALSTUDYONTHEOPTIMIZATIONOFBLADEPARAMETERSOFROTATIONALSURPERCAVITATINGEVAPORATORCandidate：LiQianSupervisor：Prof.LiFengchenAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：PowerEngineeringAffiliation：SchoolofEnergyScienceandEngineeringDateofDef

3、ence：July2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要随着地球淡水资源的枯竭，海水淡化将是未来获取淡水资源的重要途径。传统的热方法海水淡化方式受结垢和传热系数的限制，导致系统体积庞大、建设和维修困难。而在超空泡的汽液界面上也有液相的汽化过程，其与壁面沸腾过程类似，但具有更大传热系数。将超空泡技术引入到海水淡化中，克服了传统热方法传热系数限制的问题。旋转超空泡蒸发器（RSCE）的提出，使得热方法的海水淡化系统的小型化成为可能。由于其高效的汽液相变方式，RSCE在污水处理等领域也有很好的应用前

4、景。本课题采用CFD数值模拟软件FLUENT对超空泡进行了数值模拟研究。首先，对以RSCE叶片为代表的平面对称空化器和以水下航行体为代表的轴对称空化器形成超空泡规律进行了对比，获得了两者形成超空泡的差异。然后，对等腰三角形和曲线函数形状的平面对称空化器形成超空泡规律进行了二维数值模拟研究。对比了不同形状的平面对称空化器形成超空泡的差异，获得了不同形状的平面对称空化器在不同空化数下形成超空泡的尺寸与所受阻力的拟合公式。其次，利用平面对称空化器二维数值模拟得到的拟合公式，设计出RSCE的三维叶片，对所设计的叶片形成超空泡的规律进行了研究。获得了所设计叶片在不同转速下形成超空泡的规律，发

5、现叶片形成超空泡尺寸与设计值存在差异，并分析了差异产生的原因。获得了抽汽对叶片超空泡的影响规律，发现工作温度的提高对蒸汽抽取量有明显的提升。建立了叶片工作过程中受阻力矩的估算方法，估算误差小于2%。最后，改进了叶片设计方法，设计出新的旋转叶片，对RSCE热力学性能进行了数值模拟研究。得到了抽汽对整个流域温度分布的影响规律，以及汽化过程中超空泡内部的温度变化，初步了解了RSCE的热力学特性。关键词：海水淡化；污水处理；旋转超空泡蒸发器；数值模拟；平面对称空化器；蒸汽抽取IAbstractAbstractAsthedepletionofthefreshwaterresourcesone

6、arth,desalinationwillbeakeymethodtoproducefreshwaterinthefuture.Thethermalmethodsofdesalinationarelimitedbythescaleformationandheattransfercoefficient,whichleadstoalargesystemscaleandgreatdifficultiesinconstructionandmaintenance.Thereisavaporizationprocessonthevapor-liquidinterfaceofsupercavit

7、y,whichissimilartotheboilingprocessonthewallbutwithalargerheattransfercoefficient.Introductionofthissupercavitationtechnologytodesalinationcanovercomethelimitofheattransfercoefficientinthermalmethods.Sotheuseofrotationalsupercavitatinge