换热器水系统工作原理

           对气蚀的形成机理和形成过程的研究，在很长一段时期内以试验研究为主。20世纪90年代开始，随着大容量、高速度计算机的出现和并行化技术的发展，极大地推动了计算流体力学 的发展。越来越多的学者开始使用大型CFD软件对气蚀机理和结构展开研究，取得了很多重要的成果。
    换热器试验台在运行过程中，由于水泵进水管路上有较小管径的节流段存在，在逐步加大水泵流量过程中，水系统管路振动增大。文中采用CFD技术对节流水管中液体流动进行模拟，对管中气泡的产生和溃灭进行了分析，分析结果具有一定的理论意义和实用价值。
   
     换热器水系统工作原理
    换热器试验台水系统布置采用水箱在上，水泵在下的方式，即倒灌式。水箱为开式水箱，P为大气压力，h为水箱液位至水泵进口轴线距离。如图1所示。
   
   数值模拟
   控制方程连续性方程：
   体积分数方程：
    体积分数方程从混合（m）的连续性方程获得。经过处理后，假定不可压缩的液体（1），可以获得下面的表达式：
  
 
    气泡动力学：
    由于气穴气泡在低温下形成液体，FLUENT等温模拟气穴流动，忽略了蒸发潜热。Rayleigh-Plesset方程与压力和气泡容积相关：
   
    

    计算模型及网格生成
    依据试验台运行情况，选取水和空气为两相介质。由于水管路关于中心轴线对称，因此将模型简化为二维结构。水介质由左侧入口进入管道，由右侧离开进入水泵。利用CAD软件绘制换热器试验台水系统进口管，存为sat文件后，导入前处理软件，进行网格划分，并检查网格质量、网格的等角斜率和等尺寸斜率，确保网格质量良好。水管路几何模型及计算模型网格图如图2、图3所示。
        
 计算方法及边界条件
    打开基本求解器对话框，求解器选项选取离散求解器，算法选项选取隐式算法[4，5]；空间属性选项选中轴对称；时间属性选中定常流动；速度求解选中绝对速度。
    采用有限体积法将空间域上连续的控制方程转化为离散方程，采用SIMPIE算法求解压力与速度耦合。在基本方程的离散差分格式中，速度项采用一阶迎风差分格式，湍动能项和紊粘系数项采用一阶迎风差分格式，压强项采用标准差分格式。
    边界条件的使用具体如下：
    （1）进口条件：水管段的入口为压力入口边界条件，进口压力为110kPa。
    （2）出口条件：水管段的出口为压力出口条件，出口压力随流量不同而发生变化。
    （3）水的汽化压力为4.24 kPa。