【摘 要】
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水力空化是个微观、瞬时、随机、多相的复杂过程,是指在液体流动过程中由于某处局部压力的降低,导致局部液体发生气液相变的现象。水力空化现象在很多场合都会出现,比如在管径急剧变化的管道中和水力机械中。水力空化发生时伴随空化泡溃灭会瞬间产生能量的释放,从而可以实现一些物理和化学过程的强化。为了探求水力空化机理,明晰节流元件的结构和操作条件与水力空化效果之间的关系,进而优化节流元件结构,寻求水力空化最佳操作
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水力空化是个微观、瞬时、随机、多相的复杂过程,是指在液体流动过程中由于某处局部压力的降低,导致局部液体发生气液相变的现象。水力空化现象在很多场合都会出现,比如在管径急剧变化的管道中和水力机械中。水力空化发生时伴随空化泡溃灭会瞬间产生能量的释放,从而可以实现一些物理和化学过程的强化。为了探求水力空化机理,明晰节流元件的结构和操作条件与水力空化效果之间的关系,进而优化节流元件结构,寻求水力空化最佳操作条件,将水力空化技术应用于稠油降黏,本文开展了如下研究工作:1、在实验室内设计、委托制造了一套水力空化实验装置,并完成了安装和调试,利用该装置完成了对硝基苯酚（PNP）溶液的降解实验。实验结果表明:采用文丘里和孔板水力空化器进行PNP降解时,最佳降解效果均发生在溶液温度为40℃、初始浓度为5mg/L。在进口压力为1.1MPa时,文丘里水力空化器可以实现14.6%的降解率,在进口压力为1.3MPa时,孔板水力空化器可以实现15.1%的降解率。2、采用高速摄像和数据采集系统,对水力空化过程中的各种现象进行了图像采集,运用图像分析结合MATLAB软件,对不同水力空化强度与图像之间的关联进行了分析。发现在一定条件下,空化是一个扰动震荡周期性的过程,过程包括气泡的初生、发展、溃灭和脱落。发展过程中的气泡形状并不是球形,而是呈现椭球形。空化效果会随着进口压力的增大而增大,温度的变化并不会引起空化周期的改变。3、根据计算流体力学理论,用CFD软件FLUENT对水力空化流场进行了数值模拟,进行了文丘里水力空化器结构参数的优化,并对不同工况下水力空化过程进行了模拟。实验结果表明:不同的空化器结构会产生不同的空化效果。（1）空化效果会随着收缩段距离的增大先增强后减弱;（2）空化效果会随着扩散段距离的增大而增强;（3）在喉部直径为6mm时,能产生较强的空化效果;（4）空化效果会随着溶液黏度的增大而减弱;（5）壁面粗糙程度越大空化效果越强。
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