超声珩磨作用下磨削液空化泡的共振频率

为揭示超声珩磨加工过程中磨削液空化泡的共振特性,首先利用VHX-600ESO显微镜对油石表面的磨削液进行了微观测量试验,得到了共振状态下的空化泡.基于空化泡的动力学理论,推导出了超声珩磨作用下磨削液中空化泡的共振频率方程.数值模拟了水和煤油中空化泡初始半径、磨削液静压力、气泡内含气压、磨削液温度对空化泡共振频率的影响.通过讨论磨削液中空化泡的振动位移,验证了超声频率与空化泡共振频率的匹配关系.结果表明,水中的空化泡要比煤油中更容易发生共振,这是导致粗珩选择水溶液而精珩选择煤油的一个重要原因.      

镁合金熔体中超声空化泡行为的数值模拟

以超声空化理论为基础,应用Matlab软件对Rayleigh-Plesset方程进行了数值模拟计算,主要研究了不同超声条件(超声频率、声压幅值和空化泡初始平衡半径)对镁合金熔体中空化泡行为的影响,并且探讨了声压幅值和熔体主体温度对空化泡崩溃时的泡内温度和压力的影响.结果表明,较低的超声频率和熔体主体温度、较高的声压幅值以及小于或等于共振尺寸的空化泡初始平衡半径有利于超声空化效应.     

超声作用下水中微气泡的运动特性

超声促晶过程中,水或溶液中气体微泡的运动特性对结晶过程具有重要影响。建立了水中单个气泡的运动方程,讨论了各种力学因子和气泡粒径对单气泡上浮的影响;重点研究了气泡在外加超声波作用下,气泡粒径的变化规律以及气泡的运动特性。研究结果表明:静水中气泡的上浮速度随时间增加而逐渐增大,上浮初始阶段必须考虑由于加速度所引起的虚拟质量力和Basset力对上浮速度的影响;气泡上浮过程中其粒径越大则上浮速度越大;超声作用下,声压梯度力对气泡运动速度的影响强于其他力学影响因子,其速度变化与超声波发生规律一致;当气泡的初始位置处于超声场的不同位置处,气泡运动的方向相异,气泡具有上下两个方向的位移变化。     

超声空化气泡运动方程的求解及过程模拟

考虑液相的动力粘度、表面张力和溶剂的蒸气压对空化泡运动特性的影响,建立了超声作用于均相液体中空化泡运动的动力学模型,并用MATLAB工具对建立的普遍化的模型方程进行了数值求解和过程模拟.探讨了超声在水介质中传播时超声的频率、功率和空化泡的初始平衡半径对空化泡运动规律的影响以及声压幅值和液相主体温度对空化泡崩溃时的泡内温度和压力的影响,为超声的空化效应在化工过程中的研究和应用提供了基础理论依据.     

超临界流体中声空化泡的特性研究

根据物质的临界点物性参数,提出了在超临界流体中人为植入空化核的原则和方法.从超临界流体静压力高、表面张力小、空化泡内无蒸汽等物性特点出发,根据瑞利模型分析导出了超临界流体的空化阈值.考虑超临界流体具有很强的可压缩性,结合其物性特点,给出了能够用于超临界流体空化计算分析的简化Gilmore方程.根据美国国家标准局提供的超临界二氧化碳流体的物性数据,拟合出密度-压力关系式及声速-压力关系式,并用于Gilmore方程的计算.计算分析了超临界二氧化碳流体中空化泡的初始半径、流体温度、声压幅值、声波频率等因素对空化过程的影响.研究表明:超临界流体的空化阈值与其静压力相当;超声波声压幅值超过超临界流体的空化阈值后,气泡在超声波作用下的运动特征与在水等常规液体中的空化泡运动特征相同.     

变压力场中气泡非线性振荡的数值模拟

本文采用计及液体可压缩性的Ｇｉｌｍｏｒｅ方程作为气泡壁面运动的数学模型，并用吉尔方法建立求解非线性常微方程组初值问题的计算程序。通过实例计算，结果表明：气泡在较大幅度的变化压力场中，会发生十分显著的非线性振荡现象；泡壁振荡幅度与压力场变化幅度、颇率及指数脉冲宽度有关。     

现代铝电解槽的电磁流动 (Ⅰ)基本特点与控制方程

对现代铝电解槽内流体运动进行整体分析,将碳阳极下表面到碳阴极上表面的流体分成几个带区,并对各带区流动及其关联建立了相应的数学模型。在强大电磁力作用下,电解质熔体和铝液作分层水平循环流动,这种流动一般说来是有旋的;阳极下表面气体生成是大量的、随机的,其整体作用将改变液体分层流动的边界条件,其个别作用将引起扰动在液体中特别是其分界面上传播。本文还将电磁力沿三个方向分解,导出了适合于冶金电磁流动分析的YM型运动方程,并据此清楚地剖析了电磁力对运动的影响,建立了电磁流动由层流向湍流转捩的判据以及流动的相似参数。     

气泡体积比对流体中超声声场分布的影响

当超声作用于装有液体的有限容器中时,液体中的气泡对超声波辐射具有一定阻尼作用。通过对流体在超声作用下的声场分布的比较分析,探讨气泡的体积比对流体中超声声场分布的影响。结果表明考虑空化泡在流体中引起的阻尼效应的计算结果与铝箔腐蚀结果比较相符,流体中气泡体积比对流体中超声声场分布有重要影响。在稳态线性声波波动方程基础上作进一步计算的方法只有当流体中的气泡体积比在一定的范围内才可行。     

基于有限元及有限差分法的超声空化场模拟

基于Commander和Prosperetti的理论,考虑大功率超声场中空化泡作用的阻尼效应,计算了常见矩形槽体内的超声空化场. 为了使计算更接近实际情况,模型的声源边界条件利用通用有限元软件得出. 计算结果与铝箔腐蚀实验结果进行了比较,两结果是一致的. 这对于掌握不同超声场的声场特性和设计高效的超声液体处理设备均具有重要的指导意义.     

近壁空泡基于非拟序结构与拟序结构的运动规律

以小粒径的空泡为例，从MORRISON方程出发导出湍流边界层模式的非拟序结构下空泡的近壁区运动方程，且进一步从湍流近壁拟序结构的基本观点出发导出了基于该结构时空泡的近壁区运动方程；对空泡在两种结构下的运动进行了对比分析，结果表明近壁湍流的拟序结构可以认为是空泡对壁面产生剥蚀破坏的水流内部结构主要的因素之一。理论公式导出的空泡相对壁面的人射角度与试验观测到的数据较为吻合。     

熔体超声波处理对超强铝合金组织和性能的作用

在7055铝合金液相线625℃以上,对7055铝合金熔体进行超声波预处理后模铸,研究超声熔体预处理对7055铝合金凝固组织和力学性能的影响.基于超声波对熔体产生的空化效应,讨论了熔体中微粒超声活化成为结晶核心,促进形核和细化晶粒的作用机制.显微组织观察和力学性能测试结果表明:经过超声波预处理后,7055铝合金晶粒明显细化,退火态延伸率和抗拉强度均大幅度提高.     

空化特性研究进展

空化是液体特有的一种复杂流体动力学现象。从空泡运动方程、理论分析、空化实验、多空泡研究等方面简要介绍了空化特性的国内外研究现状。空泡群的研究将使空化研究更接近于工程实际,空泡群空化规律的深入研究是下一步努力的方向。     

单泡空化振动系统的动力学数值模拟

根据微气泡的动力学方程,用数值计算的方法,采用改进的初始半径对单泡超声空化现象进行了研究。分析表明：气泡的振动对初始半径这个参量很敏感;气泡崩溃速率随气泡初始半径的增加而增大,在一定范围内能保证空化泡稳定的振动,在初始半径为1.6μm处空化程度最强,如果继续增大初始半径则空化程度减弱甚至消失、同时,将分析结果与前人的实验数据比较,发现在考虑液体的可压缩性以后对单泡最佳空化区域有很大的改进。     

空泡运动非线性动力学特性的数值研究

在考虑了液体可压缩性的影响后,对空泡径向运动的非线性动力学特性进行了数值研究。结果表明空泡运动呈现强烈的非线性动力学特性,倍周期分岔是空泡运动达到混沌的途径之一,揭示了空泡运动规律所具有的不确定性。     

泡沫铝发泡过程中气泡的稳定性

对采用粉末冶金法制备泡沫铝材料过程中气泡稳定性对发泡效果的影响进行了研究,对影响气泡稳定的因素进行了分析.确定熔体的黏度与氢化钛分解是决定气泡稳定的主要因素.采用在铝硅合金粉末中加钙来增加熔体黏度,控制熔体的表面张力;通过控制氢化钛加入量来控制氢化钛分解释放出氢气的量;控制发泡时间,使发泡在气泡的稳定时段内进行;保持气泡内气体压力与气泡表面张力的平衡,可获得孔结构均匀、密度适合的泡沫铝材料.     

超临界CO2流体中空化泡共振频率的研究

为了探索超声强化超临界CO2中空化泡共振频率特性,根据Rayleigh-Plesset方程推导出空化泡自然共振频率关系,分别考察了空化泡共振频率随空化泡初始半径、流体的压力和温度的变化规律。结果表明：超临界CO2流体中空化泡共振频率随空化泡的初始半径增大而减少。随流体压力的增大而先减少后增大,在流体压力约为18MPa达到最低值,随流体温度的升高而增大,在空化泡初始半径相同情况下,在超临界CO2流体中的自然共振频率要比水中的自然共振频率高。超声波频率只有与空化泡的自然共振频率相近时,空化泡在一个声周期内崩溃,所需的声压最低。