基于CFD技术的水疗喷嘴内部流场数值模拟及结构优化研究

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水疗按摩喷嘴是安装于按摩浴缸中的重要装置,该喷嘴的结构复杂,含有一个靠射流驱动的转子,过去多靠经验设计按摩喷嘴,成本高且周期长。为深入研究水疗按摩喷嘴内的气液两相流流场,本文应用CFD软件FLUENT对喷嘴内部流场进行了数值建模与仿真计算,并在数值模拟的基础上,分析了喷嘴内流场的压力、速度及气相分布,根据分析结果,找出了原结构设计的不足,并针对影响喷嘴性能的重要因素——内部气液两相流的气含量和气液分布的均匀性影响因素进行了分析,提出优化结构的方向,设计出新的结构;最后应用动网格技术对水疗按摩喷嘴中转子转动情况进行数值模拟,分析了影响转子转速的因素。本文的研究对喷嘴的结构优化提供更经济便捷的设计和验证手段,对开发新的喷嘴结构有着积极的意义。 本文的主要结论有: 1.模拟计算结果与实验结果基本吻合,证明数值模拟所用的计算模型是有效的,表明数值模拟可以用于喷嘴的结构设计指导; 2.喷嘴进水管管道方向的突然改变引起局部能量损失;根据数值模拟显示的负压区可指导设计进气管的最佳位置;气相分布显示,原进气管的非对称结构使气液混合不够均匀,从而影响按摩效果; 3.影响气含量和气液混合均匀性的两个因素为:单位时间内供入水中的气体浓度和在供气的同时气液相的搅动程度,而增加文丘里收缩管小端的真空度的策略和空心环形射流引射空气结构可显著提高流场内气液两相流50%以上的含气量,并使气液混合更均匀; 4.软件FLUENT的动网格模型和自定义的UDF函数的补充,有效实现了喷嘴转动的数值仿真,对实验和仿真结果的分析,得出影响转子转速大小的因素:转子自身的形状、转子进口的处的压力和转子受到的阻力。
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