A Numerical Study on a Novel Design of Circular Venturi for Intensification of Cavitating Flow

Abstract

Hydrodynamic Cavitation is an emerging advanced oxidation technology that is widely used in various industrial fields, including food processing, biofuel production, water treatment and disinfection. Therefore, intensification of hydrodynamic cavitation has great significance and is promising for industrial applications. The venturi based devices are the most common employed in application of hydrodynamic cavitation. Based on the previous research foundations, a novel strategy (with distinctive division baffle) for modifying a circular venturi is proposed in this thesis, which focuses on enhancing cavitation intensity and expand the cavitating zone in the divergeing section. To ensure the accuracy of the numerical simulations, experimental results extracted from relevant literature were utilized to verify numerical results. Three geometrical parameters of distinctive division plate, including the convergent angle (α°), divergent angle (β°) and throat diameter (d2), were mainly investigated to identify their influence on cavitation intensification process. Post processed results, such as cavitation volume fraction, pressure and velocity distributions, were comprehensively compared and discussed. It was indicated that the divergent angle (β2) and the throat diameter of the distinctive baffle (d2) provided relatively more significant impact on cavitation intensification based on the novelly designed venturi. Furthermore, the finally recommended venturi model, significantly intensifying the cavitating process, has been tested at different pressure ratios. It is revealed that cavitating intensity of novelly designed venturi is always much higher than original model. Therefore, the novelly designed venturi (with distinctive division baffle) is considered to be with great significance for industrial application and further studies.|수력 공동 현상은 식품 가공, 바이오 연료 생산, 수처리 및 소독을 다양한 산업 분야에서 널리 적용되는 신흥 고급 산화 기술이다. 수력 공동 현상 강화에 대한 연구는 새로운 분야로 주목받고 있다. 벤투리 관은 수력 공동 현상 응용에서 가장 흔히 사용되는 장치 중 하나로, 간단한 구조와 수치 및 실험 연구에서의 폭넓은 연구로 인해 각광 받고 있다. 이를 바탕으로 본 연구에서는 내부 유동 분배판을 이용하여 공동현상 강화에 초점을 맞춘 새로운 설계가 제안되다. 연구 방법의 정확성을 보장하기 위해, 관련 문헌에서 얻은 실험 결과를 검증하였다. 수렴각 (α°), 발산각 (β°) 및 분배판 목구멍 지름 (d) 과 같은 세 가지 중요한 매개변수가 공동 현상 효과에 대한 영향을 완전히 이해하기 위해 선택되었다. 압력 및 속도 분포와 함께 무차원 매개변수인 공동 현상 길이와 같은 구체적인 결과가 보고한다. 새로운 벤투리 설계에서 발산각 (β2) 과 내부 유동 분배판의 목구멍 지름 (d2) 이 공동 현상에 큰 영향을 미치는 반면, 수렴각 (α2) 은 그 영향이 거의 없다는 것으로 확인되었다. 또한, 압력 비율이 공동 현상 강도에 미치는 영향을 연구하였으며, 압력 비율이 증가함에 따라 공동 현상 강도가 증가한다는 것을 알 수 있다. 본 연구는 벤투리 구조의 고유한 특징을 창의적으로 활용하였으며, 벤투리 관의 새로운 설계와 응용에 대해 상당히 참고할만한 가치가 있다.