不同形狀噴嘴的空化性能數值模擬研究

（西安石油大學 機械工程學院，西安 710065）

0 引言

水力空化作用是一種常見的水力現象，當液相經過某一低壓高速截面壓力到達液相的飽和蒸氣壓時，液相會發生氣化發育形成空穴。對于噴嘴的空化現象，國內外學者對其進行了大量的數值模擬研究。Hutli等［1］對射流壓力、噴嘴形狀尺寸與空化脫落周期之間的關系進行了研究。Qin等［2］對一種收縮-擴張噴嘴的空化效應進行了研究，并建立了一個空泡動力學方程模型。唐川林等［3］通過數值模擬對串聯型脈沖噴嘴的空化性能進行研究，得到了沖蝕效果更好的脈沖噴嘴。鄧嶸等［4］通過對雙腔室自振脈沖噴嘴數的研究，得到了沖蝕效果更好的腔室結構，并通過了試驗的驗證。李更生、史懷忠等［5-7］通過試驗研究發現在石油開采過程中，可利用空化作用提高鉆頭鉆井速度，從而提高鉆井效率。張立新、王興忠等［8-9］將水力空化技術應用于實際鉆井取得了良好的效果。但是Chen等［10］通過研究發現空化過程產生的空泡在壁面附近潰滅時，會對壁面產生巨大的沖擊和高溫。由前文可知，空化效應可在石油鉆井中提高鉆井效率，但是空泡在設備壁面潰滅可能對壁面造成空蝕，從而降低噴嘴與相關設備的壽命，因此對噴嘴的空化效應進行研究是有必要的。

1 模型建立

為了更加全面地研究不同形式噴嘴的空化作用，應用建模軟件Creo建立了5種典型形式的噴嘴［11］。圖1示出5種噴嘴內對應的流體模型。圖2示出流域的網格模型，其中藍色面為入口，紅色面為出口。……