一种氯化钠溶液中的空化数值预测方法

本发明属于工程计算流体力学领域，特别涉及一种氯化钠溶液中的空化数值预测方法。

背景技术：

1、在生物化学领域，常利用空化效应来降解水中有机物，水动力空化具有氧化有机物质的能力，且操作成本低。与此同时，水动力空化还具有结构简单，制作成本低，污染少，不形成副产物等优点，并且适用于大规模应用。

2、现有技术中，水动力空化可与碱性反应等其他预处理方法相结合，来提高其工艺效率，因此会涉及溶液中含有大量离子，而非普通的清水溶液；除此之外，在盐碱地区会采用文丘里喷灌装置对农作物进行灌溉，高速射流会引发空化现象，且介质中也含有大量离子。因此，通过数值模拟预测流动，提高水动力空化装置的性能尤为重要。

3、现有的水力机械空化流动数值模拟方法不足之处在于：不能考虑溶液中含离子介质的影响，导致含离子介质的空化性能预测不准，缺乏有效的数值预测方法。故针对预测含离子介质的空化流动数值模拟方法不足之处，有必要发展和完善一种能够合理预测含离子溶液中的空化特性的数值计算方法。本发明选择介质中最常遇见的nacl溶液，富含有na+和cl-离子，即海水介质。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种氯化钠溶液中的空化数值预测方法，能够考虑流体的介质属性，可模拟出氯化钠溶液对空化特性的影响。

2、本发明的技术方案是：一种氯化钠溶液中的空化数值预测方法，包括以下步骤：

3、步骤一：引入质量分数w％和溶液温度t描述氯化钠溶液的介质属性；

4、步骤二：创建氯化钠溶液的密度ρ与质量分数w％和温度t的关系；

5、步骤三：创建氯化钠溶液的黏度μ与质量分数w％和温度t的关系；

6、步骤四：创建氯化钠溶液的饱和蒸汽压ps与质量分数w％和温度t的关系；

7、步骤五：将在氯化钠溶液质量分数w％和温度t影响下的空化模型植入空化流动求解器中；

8、步骤一中所述溶液质量分数w％的定义是溶质氯化钠的质量与溶于水的氯化钠溶液的质量之比，且质量分数w％不超过氯化钠在水中的最大溶解度，氯化钠溶液温度的单位是摄氏度(℃)。

9、步骤二中所述的密度ρ与质量分数w％和温度t满足如下公式：

10、ρ＝1003.2+7.5w-0.4t (1)

11、步骤三中所述的黏度μ与质量分数w％和温度t满足如下公式：

12、μ＝(0.1w2+w-3.3t+175.5)×10-5 (2)

13、步骤四中所述的饱和蒸汽压ps与质量分数w％和温度t满足如下公式：

14、ps＝-22w+126t+157 (3)

15、步骤五中所述空化流动求解器是以zwart空化模型为基础，其控制方程描述了汽、液两相之间的质量传输，满足如下表达式：

16、

17、式中，p表示流场中的压力，ps表示液体介质向汽相转换的临界压力，和表示汽、液两相间的蒸发率和凝结率，fvap和fcond表示蒸发系数和凝结系数，αv和ρv表示汽相的体积分数和密度，ρ表示液体介质的密度，rnuc和αnuc表示气核的半径和体积分数。

18、在步骤五中所述zwart空化模型的蒸发项中引入溶液质量分数的影响，修正蒸发系数满足如下表达式：

19、fvap-m＝fvap+4w (5)

20、将上述公式中的蒸发系数的修正值fvap-m替换到公式(4)的fvap位置，通过编写表达式的方式写入原zwart空化模型的控制方程中。

21、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明在空化流动数值预测中引入氯化钠溶液的质量分数和温度，更加充分考虑了流体介质的物理属性对空化的影响；能够有效提高氯化钠溶液中的空化数值预测精度。

技术特征：

1.一种氯化钠溶液中的空化数值预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种氯化钠溶液中的空化数值预测方法，其特征在于，步骤二中所述的密度ρ与质量分数w％和温度t满足如下公式：

3.根据权利要求1所述的一种氯化钠溶液中的空化数值预测方法，其特征在于，步骤三中所述的黏度μ与质量分数w％和温度t满足如下公式：

4.根据权利要求1所述的一种氯化钠溶液中的空化数值预测方法，其特征在于，步骤四中所述的饱和蒸汽压ps与质量分数w％和温度t满足如下公式：

5.根据权利要求1所述的一种氯化钠溶液中的空化数值预测方法，其特征在于，在步骤五中所述zwart空化模型的蒸发项中引入溶液质量分数的影响，修正蒸发系数满足如下表达式：

技术总结
本发明公开了一种氯化钠溶液中的空化数值预测方法，属于工程计算流体力学领域。通过修正Zwart空化模型中的经验系数与介质属性，并与实验作对比来优化数值模拟结果，步骤包括：通过引入质量分数w％和溶液温度T描述氯化钠溶液的介质属性；创建氯化钠溶液的密度ρ与质量分数w％和温度T的关系；创建氯化钠溶液的黏度μ与质量分数w％和温度T的关系；创建氯化钠溶液的饱和蒸汽压p<subgt;s</subgt;与质量分数w％和温度T的关系；最后将在氯化钠溶液质量分数w％和温度T影响下的Zwart空化模型植入空化流动求解器中模拟出氯化钠溶液对空化特性的影响。本发明能够显著提高氯化钠溶液中的空化预测精度。

技术研发人员：郭嫱,费宗岳,黄先北,庞凯文,仇宝云
受保护的技术使用者：扬州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13