自激脉冲空化射流是流体在喷嘴中由于压力的突降产生空化气泡,通过腔内碰撞引发空化射流束自激振荡,将流束中不稳定扰动波放大、反馈,诱发射流上游新的扰动,此过程的反复,使持续作用能量转化为间断作用能量,在这一过程中流体能量得到聚集,然后间断性释放出来,形成瞬时能量比连续射流能量高几倍的脉冲射流[1-2]．自激脉冲空化射流装置具有结构简单、无附加外驱机构、操作方便、占地面积小等优点,可广泛应用于采矿、石油、化工和清洗等领域[3-4]．自激脉冲空化射流是一个复杂的涉及相变和多尺度湍流三维非定常流动问题[5],发生的关键是自激振荡腔,当空化发生时,自振腔内总伴随着复杂的湍流两相区和气液两相密度的大幅度变化[6]．理论研究腔内流场变化非常复杂,通过试验测试喷嘴内的参数变化来了解腔内整体的流场分布情况亦非常困难.相对而言,数值模拟方法更加直观,流场的各个参数的空间和时间分布更容易获取,有利于对喷嘴内部流场的理解和分析[7].许多研究人员从数值计算方面对空化流进行了研究[8-10],研究表明数值计算中湍流模型和空化模型是决定预测结果准确与否的关键因素[11-12]．

选择SPSS 19.0统计学软件对数据进行处理，计量资料以均数±标准差表示，组间比较采用t检验，计数资料以率(%)表示，组间比较行χ2检验，预后影响因素采用Cox回归分析，术后生存情况采用Kaplan Meier描述，组间比较采用Log-rank检验，P<0.05为差异有统计学意义。

(二)语音特点。2011年网络流行语，在语音上很多是谐音的，这些短语它们有自己的语音、形式和意义。由于某种原因，用与原来短语音同或音近的短语代替，但是表达的意义不变。这类流行语具体可以分为三类，分别是:汉语谐音、外语谐音以及方言谐音。

低压自激脉冲空化射流是1个复杂的非定常问题,并且腔内总伴随着复杂的湍流两相区和气液两相密度的大幅度变化[13-14],学者们先后采用波涡理论、瞬变流和水声学对自激振荡进行了大量研究[15-18],但都未能很好地解释低压自激空化射流发生机理以及涡环与碰撞壁的耦合作用,大多对喷嘴进行二维模拟且忽略了重力因素,而重力因素对腔室内部空化气囊的大小及位置有关键性影响．

文中采用Fluent软件进行低压自激脉冲空化射流喷嘴内部流场的数值模拟,研究喷嘴内部三维非定常流场的变化情况．

1 几何建模及网格划分

对低压自激脉冲空化射流喷嘴,其内部腔体的纵截面几何轮廓如图1所示． 喷嘴结构参数有上喷嘴直径d1,腔径直径D,腔长L,碰撞角θ,下喷嘴直径d2．数值模拟采用的结构参数为试验获得的能产生明显脉冲工况的一组参数,上喷嘴直径4.3 mm,下喷嘴直径11 mm,下喷嘴长度175 mm,腔长35 mm,腔径78 mm和碰撞角180°．

  

图1 喷嘴几何模型

 

Fig.1 Geometry model of nozzle

2) 通过射流腔室内部压力场、温度场、速度场以及体积分数场的变化规律,模拟出1个周期内腔内流场变化的过程,给出了低压大流量自激脉冲空化射流发生的机理和流场演变特点．

  

图2 喷嘴三维几何模型

 

Fig.2 3D geometry model of nozzle

2 湍流模型的影响分析

关于湍流模型的选择,前人大部分都直接选择标准k-ε湍流模型,很少有人对其是否适合模拟存在非稳态空化现象的流场或是有没有更好的湍流模型进行论述和验证．本模拟选择RNG k-ε湍流模型、Realizable k-ε湍流模型、标准k-ω湍流模型和SST k-ω湍流模型等4种模型进行瞬态模拟计算．腔内涡核的压力是空化发生的关键,选择涡核压力作为量化指标,4种不同湍流模型的涡核压力分别为41.05,45.00,44.50和44.70 kPa,结果表明,除了RNG k-ε湍流模型之外,其余湍流模型的模拟结果差异较小,主要原因在于RNG k-ε湍流模型对剪切层末端小尺度旋涡的抓捕能力较好,所以在喷嘴内部流场模拟时选用RNG k-ε湍流模型[20]．

2.4 3组患者的宫腔粘连评分及再次宫腔粘连比较 轻度粘连组的宫腔粘连评分最低(P<0.05)，再次宫腔粘连例数最少(P<0.05)，重度粘连组的宫腔粘连评分最高(P<0.05)，再次宫腔粘连例数最多(P<0.05)。见表4。

3 网格独立性验证及时间步长影响分析

对于瞬态流场的数值模拟,需要进行网格无关性和时间步长独立性验证,1个正确的收敛的解应独立于网格数目和时间步长．为了探究结果的网格独立性以及时间步长的影响,对同一个几何模型分别在不同的网格密度和时间步长设置下进行了模拟计算．

3.1 网格独立性分析

GAO Chuanchang, XIE Keyu, LIU Xinyang, et al. Numerical simulation and experiment on flow fields in underwater self-excited pulse jet device[J]. Journal of drainage and irrigation machinery engineering, 2016, 34(3): 220-226. (in Chinese)

3.2 时间步长影响分析

对低压自激脉冲空化射流喷嘴,采用压力入口及压力出口边界条件,入口压力采用工作总压1.09 MPa,出口压力为大气压[21]．由网格独立性验证和时间步长影响分析结果,将最终网格数确定为2 819 379,时间步长定为5.0×10-6s．控制方程为相对圆柱坐标系下的三维时均N-S方程、连续性方程和能量方程,加上气体状态方程和三维非定常空化模型,流动按瞬态处理,设Z轴重力加速度为9.8 m/s2,计算选择基于压力的分离隐式求解器,湍流模型选用RNG k-ε模型,压力速度耦合采用SIMPLE算法．

 

表1 不同时间步长流场模拟结果Tab.1 Simulation results of different time steps

  

时间步长Δt/s涡核压力/Pa-∞(稳态)非稳态5.0×10-5472005.0×10-637200

采用感官分析比较低度与高度五粮液风格特征的结果表明，低度五粮液具有色泽透明、香气优雅、酒体醇和协调、绵甜、爽净等特点，其酒体风格基本保持了高度五粮液的风格。色谱骨架成分的分析结果表明，低度与高度五粮液中骨架香味成分的相对比例较一致，低度白酒在己酸乙酯等骨架成分上含量低于高度五粮液。Osme分析表明，果香类骨架物质（己酸乙酯、丁酸乙酯等）的香气强度顺序基本一致，能使低度与高度五粮液在气味风格上保持一致，而酸类物质和芳香族类物质在低度与高度五粮液中优势物质的排列顺序不同，尤其是部分呈显著药材香和甜香味物质（苯乙酸乙酯、4-甲基愈创木酚等）则可能是低度五粮液香气特征区别于高度五粮液的原因。

原来像她这样普通而平凡的女孩，想要一份华丽耀眼的爱情，需要付出的更多。她真的乖了起来，不再过问他的私事，即使他当着她的面接一些暧昧不清的电话，她也只能镇定自若。她决心把自己变作一名马拉松选手，以极大的耐力坚持到这份爱情的胜利。不过是隐忍，这不难。邵南对她的表现很满意，他带她去GUCCI旗舰店里，任她随意挑选。

就这样，二人稀里糊涂地交往了两年之久。转眼间，到了杨力生三十四岁这年的深秋，阵阵凉风吹来，摧枯了漫山遍野的花草，染黄了树木的叶子。这天，杨力生又约李秀花到村边的小树林里见面，二人拥抱了一会儿，亲热话说上一大堆，杨力生因想娶李秀花的想法心切，便说：

4 自激脉冲空化射流喷嘴内部流场数值模拟

对网格数为2 819 379的网格分别进行稳态和瞬态的模拟,瞬态分别取时间步长为5.0×10-5s和5.0×10-6 s,计算结果如表1所示．

低压自激脉冲空化射流腔室内部压力场、速度场以及体积分数场的变化规律如图3,4,5所示,体现了1个周期内腔内流场变化的过程．由此可以初步给出低压大流量自激脉冲空化射流发生的机理和流场演变特点.

在稳态计算过程中,残差波动很大,没有形成稳定解,在进行步长为5.0×10-5 s的瞬态计算过程中,在1个时间步内,残差波动明显,但形成了相对稳定的解．进行步长为5.0×10-6 s的瞬态计算过程中,在1个时间步内,残差收敛很快,形成了稳定解．2个瞬态计算的流场中都出现了涡核,但涡核的强度不同,涡核压力存在一定的差异．对比它们的涡量场云图发现，时间步长为5.0×10- 6s的瞬态计算流场在中心剪切层末端出现了明显的旋涡结构,而时间步长为5.0×10-5s的瞬态计算流场在中心剪切层却始终未出现明显的旋涡结构,旋涡结构的出现是一种速度均化的表现． 因此可以认为时间步长影响流场旋涡尺度,从而影响速度的扩散,以致最终影响涡核压力．另外剪切层末端的小尺度旋涡的涡核压力较低,这对于空化的初生影响很大．因此为了提高模拟的准确性,应选择较小的时间步长．

1) 喷嘴腔室内空化初生:水平截面XY平面的腔室内部流场速度云图、压力云图、水蒸气的体积分数云图和温度分布云图分别如图3a-d所示.

  

图3 空化初生时喷嘴流场云图

 

Fig.3 Flow field of nozzle in cavitation inception

从气相体积分数云图上可以看出,腔室内空泡初生主要发生在中心射流与腔室流体的交界面上及近碰撞壁壁面的椭圆形旋涡结构中心.这是由于主射流进入腔室后,速度差产生了涡旋,涡旋低压区域产生了空泡． 因主射流速度与原腔室内流体速度有速度差,导致主射流交界面上的原腔室流体受到法向力作用,产生法向加速度旋转成涡,形成的涡会随射流滚动,后面新的速度差条件就会形成新涡,形成连续的涡街,射流与碰撞壁发生碰撞后形成更大的涡旋结构,所以在近壁面产生了空化．模拟结果与试验现象是相对应的． 此时,腔室铅直截面XZ平面的模拟现象几乎与水平XY平面相同,重力因素影响并不明显．

2) 低压自激脉冲空化射流能量聚集阶段:当喷嘴发生低压自激脉冲空化射流时,腔室内会产生能量聚集和能量释放两个阶段,能量聚集时腔室内空化得到最大程度的发展,其水平截面XY平面及铅直截面XZ平面的腔室内部流场速度云图、压力云图、水蒸气的体积分数云图和温度分布云图分别如图4a-f所示．

首先，经济发展和生态环境保护只是“经济—社会—环境”大系统中的一部分，考察“经济—环境”的关系，必须着眼于整个大系统。在“经济—社会—环境”大系统中，经济发展、社会变化与生态环境各子系统之间的关系是相互联系、相互影响的。影响生态环境的因素众多，经济发展并非唯一因素，“经济—社会—环境”大系统中的其他子系统，都将以外生变量的形式对“经济—环境”子系统的运行产生影响。因此，应从“经济—社会—环境”大系统来考察“经济—环境”子系统的运行规律。

1) 该项目使用的黑水角阀在开车3个月后即出现阀体被穿孔现象，由于气化炉及洗涤塔底部排出的黑水中含有大量固体颗粒，装置运行中，固体质量分数较高的黑水在高速流动中对黑水角阀阀芯阀座形成冲刷腐蚀造成破坏。通过初步分析，黑水流动状态为阻塞流，由于阀后压力远小于阀前的饱和蒸汽压，阀后存在严重气蚀现象。介质在阀腔拐点和出口缩径处流速极高，黑水中的硬质悬浮固体颗粒对阀腔造成严重的冲蚀破坏。出口法兰与管道筒体连接处内壁厚度不均匀，而该结构在铸造时很容易引起厚度突变，容易产生砂眼和裂纹等缺陷，在该恶劣的工况下，阀体容易出现穿孔。

  

图4 能量聚集时喷嘴流场云图

 

Fig.4 Flow field of nozzle in energy concentration

从XY平面的速度矢量图可以看出,聚能阶段腔室内以中心射流为对称轴有2个巨大的涡环结构,从XY平面的压力云图和气相体积分数云图可以看出,涡环结构中心形成1个低压区,低压区发生空化现象产生空泡,空泡聚集成气囊在低压区中产生,气囊的初生和长大波及脉冲射流中心区域,对中心射流起到一定的阻挡作用,使射流进入的蓄能阶段．观察XZ速度矢量云图可以看出,由于重力作用,腔室上下涡环结构并不相同,上面的涡结构并不是规律的涡环结构,而是形成一种曲线偏转的形式,同时,由于空泡受浮力作用,从铅直平面XZ平面的气相体积分布云图可以看出,上气囊的体积巨大,而下气囊的体积却非常小．

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3) 低压自激脉冲空化射流能量释放阶段:喷嘴腔室内部流场水平截面XY平面及铅直截面XZ平面的腔室内部流场速度云图、压力云图、水蒸气的体积分数云图和温度分布云图分别如图5a-f所示．从XY平面的速度矢量图可以看出,能量释放阶段,腔室内的两个涡环结构不明显,旋转运动不如聚能阶段剧烈．从XY平面的压力云图和气相体积分数云图可以看出涡环结构中心仍具有一个低压区,但气囊较小且远离射流中心,气囊对释放射流能量的阻碍减小,犹如阀门打开,射流束得以释放产生高压冲击．观察铅直平面XZ平面的速度矢量云图与气相体积分布云图,仍然可以看见一个不规则涡结构,下气囊仍然小于上气囊,但是却大于能量聚集时下气囊的大小．

  

图5 能量释放时喷嘴流场云图

 

Fig.5 Flow field of nozzle in energy release

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5 三维模拟效果与试验结果对比

通常情况下，空泡所受浮力大小与气液相密度差和空泡半径有关.气液相密度差一定时,空泡半径越大所受浮力越大.由于工程实际中,腔室涡环结构中心会形成一个低压区,空泡在低压区中聚集长大为肉眼可见的大型空泡,浮力增大,迫使空泡向液面运动,使得腔室内气囊分布不均,上下腔室气囊大小各异．

图6所示为明显聚敛状态和明显散射状态下气相体积分数场.从图6a-d可以看出,试验中腔室内部流场气相体积分布并不均匀,腔室上方气相较多,而腔室下方的液相较多,这与考虑重力因素的三维模拟结果相符合．当腔内能量聚集时,射流处于聚敛状态,腔内气囊较大,阻碍了水流的射出,由于空泡密度小，受浮力作用呈现出上面气囊大,下面气囊小的现象;当腔内能量释放时,射流处于散射状态,腔内气囊较小,减小了水流射出的阻力,由于能量释放阶段对腔内造成了压力振荡,减弱了浮力的作用,所以上下气囊大小差不多,这与实际结果相同,如图7试验结果显示，图中p为腔内压力，t为采样时间.腔内压力通过使用压力传感器,把监测到的数据经数据采集系统显示在计算机上，从而获得腔内压力随时间变化的曲线.腔内压力变化范围为-0.02 MPa左右, 周期为52 ms．

  

图6 试验与模拟结果对比

 

Fig.6 Comparison between experimental and simulation results

  

图7 腔内压力随时间变化

 

Fig.7 Pressure in jet chamber varying with time

6 结 论

通过对自激脉冲空化射流喷嘴腔室内部流场模拟,得出以下结论:

1) 研究了4种不同的湍流模型对模拟效果的影响,结果表明RNG k-ε模型模拟精度较高且容易收敛．

根据喷嘴内部腔体的轴对称结构,将其简化为三维轴对称模型,在Auto CAD中画出几何模型后,导入Gambit进行网格划分,划分后的三维模型如图2所示,设上喷嘴进口截面与中心对称轴的交点为原点[19]．

1）两组患者的比较，OS组LSaO2低于单纯COPD组，Lat、AHI高于单纯COPD组，提示OS患者较COPD存在更明显的夜间低氧血症，与文献报道一致[6]。日间血气分析显示PaO2减低，但OS组低于单纯 COPD 组，且OS组PaCO2高于单纯COPD组。提示：OS组和COPD组均发生夜间睡眠时的低氧血症，OS组较COPD组更为显著。

3) 通过模拟结果和试验结果的对比,验证了所选湍流模型的准确性和模拟喷嘴流场演变的可靠性．

4) 在模拟喷嘴内部流场时应当考虑重力因素,这样更加符合实际情况．

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联系人分成内部联系人、公共联系人、个人联系人，内部联系人显示组织内的有权限查看的联系人，公共联系人为在系统内创建并共享给相关人员查看的联系人，个人联系人为用户自己创建的联系人。内部联系人可按照姓、名或拼音进行模糊搜索，也可以按照组织树进行查看。联系人页面支持发送内部邮件、点对点实现即时通讯，设置通讯录固定模板，上传excel个人信息模板，实现科室办公电话和个人手机号码显示，后台可设置部分信息保密隐藏，设置建群功能。

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根据上面模拟的结果,可以归纳出自激脉冲空化射流发生的机理:随着入口压力的提高，腔内的压力降低,当降低到低于饱和蒸气压时,腔内产生气泡空化初生;当压力持续增大时,空化区域增大并在其中形成气囊,阻碍了水流的射出,这是能量聚集阶段,射流形态是聚敛;当上喷嘴持续射入的能量聚集在腔内大于气囊的阻力时,水流冲破气囊,打入下喷嘴形成散射状态,这是能量的释放阶段;当能量释放到一定阶段,腔内压力降低,又重新生成气囊阻碍射流,如此反复便形成了射流聚敛-散射的状态,形成自激脉冲射流．

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第二步：图4中，第一个波峰对应瞳孔，右边波峰依次对应虹膜、角膜及光斑。用第一个波谷处的灰度值作为阈值分割的阈值T。

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对3种不同网格数的网格分别进行时间步长为5.0×10-5s的瞬态模拟计算,3种网格(网格数分别为1 098 897,2 819 379,3 792 633)的流场模拟涡核压力分别为43.000,47.200和48.025 kPa．结果表明,随着网格数的增加,网格的伪扩散误差减小,由于中心的高速度向两边的扩散效应降低,从而使得涡核压力增加．但网格数为2 819 379的模拟结果和网格数为3 792 633的模拟结果已经比较接近,认为网格数为2 819 379的模拟结果有一定的可靠性．

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根据韶关某电厂目前粉煤灰浮选工业性试验结果分析，处理1t粉煤灰可选出热值大于16.72 MJ/kg的精炭0.12 t，按每吨220元计算，可获得26.4元；可选出尾灰(一级灰：烧失量小于5%)0.88 t，按32元/t计算，可获得28.16元；而处理1 t粉煤灰所需药剂成本约为6.8元，水、电、设备折旧等其他成本为18.2元，共25元，则处理每吨粉煤灰获得的效益为29.56元。

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