空泡非球对称溃灭过程及其冲击压强

本文建议了一种数值计算方法，以用来计算靠近固体边界的空泡溃灭过程及对固 壁的冲击压强。与现有的方法相比，该方法具有较好的稳定性和适应性，可大大减少 计算量及占用的计算机内存。数值计算结果表明，当ε（＝Ｌ_０／Ｒ_０）＜２.０，溃灭后期 严重偏离球对称并可能形成微射流；当ε≥２．０，稍微偏离或基本保持球对称并主要 形成辐射压强；近壁空泡溃灭时，都要向固壁运动，其程度随ε的减小而增大。     

流体物性对空化气泡溃灭过程影响研究

文章采用VOF模型,模拟近壁面气泡在流场中的溃灭过程,研究了流体的不同物性(黏性和表面张力)对气泡溃灭过程的影响.结果表明:在近壁面,空泡将形成非对称溃灭;因水锤作用,引发高速射流在壁面产生高压而形成空蚀破坏;流体的黏度越大,气泡的溃灭周期越大,射流压强越小;空泡溃灭的周期随液体表面张力的增大而减小,射流压强随表面张力...     

双空泡溃灭及空化噪声的建模

空泡溃灭时会产生很大的瞬时压强,造成流体机械装置的空蚀破坏并产生噪声和剧烈振动。为研究双空泡溃灭及溃灭时声辐射的规律,忽略流体的压缩性,建立了双空泡的运动方程。在L igh th ill方程基础上建立了双空泡溃灭时流体中的声辐射模型,并进行了数值计算。计算结果表明:随着空泡间距的减小,空泡溃灭的最小半径减小,溃灭时间延长,空泡辐射声压增大,说明空泡间的相互作用使空泡的溃灭过程变缓并使空泡辐射的噪声增强。     

现代医学手段诱发空蚀的形成及其影响

空泡在随液体流动过程中，当周围压力增加时，空泡体积将急剧缩小或溃灭。由于空泡溃灭过程发生于瞬间，因而在局部将产生极高的瞬时压强，当空泡溃灭发生在固体表面附近时，不断溃灭的空泡所产生的极高压强的反复作用，将破坏固体表面。对生物医学工程中的空泡和空蚀现象的形成、发展和溃灭过程及其危害，空蚀破坏机理及其影响因素，空泡演化过程的数值模拟研究等进行了综合论述，提出了研究空损伤现象需要解决的几个重要问题，为进一步深入研究和应用空化空蚀现象打下基础。     

单个蒸汽气泡溃灭过程的边壁效应数值研究

采用数值模拟的手段,耦合流体体积(VOF)多相流模型和自然空泡模型,通过改变单个蒸汽气泡距竖直固壁和水面的距离,计算了这2类边壁共同作用下的溃灭过程.在溃灭的前期,气泡外形主要受水面边壁影响,呈远离水面向内凹陷的趋势;在溃灭的后期,固壁的影响凸显,凹陷的方向逐渐指向固壁.当气泡离固壁越近,溃灭时间越长;当气泡离水面越近时,溃灭时间越短.对固壁上的压力峰值,气泡距竖直固壁的距离起决定作用.     

空化水射流的化学效应

在综述超声空化的有关研究成果的基础上,分析空化水射流中的微空泡溃灭时瞬时局部高温、高压产生的特殊的物理环境引发的复杂的化学效应:直接热分解、自由基的氧化和超临界水氧化;划分了空泡溃灭时化学反应区域;分析了空化水射流化学效应的影响因素.     

基于单泡溃灭能量转化理论的空化实验研究进展

随着水力机械向大型化、高速化发展,船舶螺旋桨、水轮机及增压泵等相关设备设施的空化现象越来越严重,国内外学者对空泡溃灭能量转化进行了大量的实验研究,为降低空化侵蚀的损伤提供理论指导。本文首先概述了高速摄像技术、接触式水听器测量技术、非接触式光偏转法技术等方法在空泡相关实验研究中的应用,并分别讨论了其可实现的测试功能。其次综述了四类空泡能量耗散形式：一重建空泡能量;二不对称溃灭微射流能量;三压力波能量;四以热能和光能的形式耗散。最后总结了目前研究尚存在的不足,并在单泡溃灭能量转化理论模型、多空泡和复杂壁面场景下能量转化实验研究及深入探究材料空化侵蚀能量转化机制三个方面进行了展望,以期推动空泡溃灭能量转化理论及技术与方法的进展。     

空泡溃灭冲击波对流场携带颗粒的作用

讨论了无限大小域中考察液体压缩性影响下空泡溃灭冲击波对固体颗粒的作用，求得了固体颗粒所获得的最大速度，当满足一定条件时，固体颗粒运动速度值之高足以打坏现有水工建筑物所用的混凝土，引起固壁的大面积剥落，形成空蚀，冲击和磨蚀的恶性循环。     

脉冲磨料射流中球泡溃灭特性的理论

从理论上研究了脉冲磨料射流中球泡的溃灭特性，建立了脉冲磨料射流中空化球泡的动力方程，分析了磨料粒径和浓度对射流中空泡溃灭过程的影响规律。研究表明，在磨料粒度和密度较小时，粒径的变化对空泡溃灭影响不大，浓度的增加使得混合流体的粘性增大而且使渍灭空泡附近的磨粒动能增加，使得空泡溃灭过程减缓。在磨料粒度和密度较大时，粒径越小对空泡溃灭的阻滞作用越大，浓度的增加同样使得混合流体的粘性增大、溃灭空泡附近的磨粒动能增加，射流的空蚀强度减弱。     

铝熔体中超声辐射杆的空蚀实验及机理研究

超声辐射杆在铝熔体中产生空蚀严重制约其使用寿命及铝熔体的纯净度,针对这一问题,进行了铝熔体钛合金超声辐射杆空蚀试验,采用失重法及熔体Ti元素检测法描述了辐射杆空蚀进程,运用扫描式电子显微镜(SEM)及能谱仪对空蚀试样进行宏/微观形貌观察及成分检测,探讨空蚀各阶段机理.结果表明:辐射杆空蚀以端面为主,随时间推移由端面中心逐渐在横向辐射扩张并在纵向加深;空化孕育期是由于空化泡溃灭冲击辐射杆产生塑变引起的;空化加速期钛合金基体与铝熔体反应生成Al3Ti,该物质硬而脆的特性使钛合金基体在空化冲击作用下脱落是导致失重率快速上升的主要原因;钛合金辐射杆在铝熔体中的空化破坏是由空化泡溃灭冲击及化学腐蚀共同作用导致的.     

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.     

基于VOF法的近自由面水下爆炸气泡运动数值模拟

对于近水面水下爆炸气泡的运动特性,在结合SOLA算法差分格式,利用投影算法对气泡的控制方程进行数值求解的基础上,基于VOF法进行了数值模拟,并利用MSC.DYTRAN软件进行仿真分析,通过对两者的分析结果对比研究. 结果表明,基于结合SOLA算法差分格式的投影算法,利用VOF法可对水下爆炸气泡各时刻的运动界面进行较精确的捕捉和重构,从而实现精确追踪水下爆炸气泡脉动全物理过程的运动界面. 同时,也研究了距离参数对气泡坍塌、射流及环状气泡的影响,掌握了距离参数对近水面水下爆炸气泡运动特性的影响.      

刹管法产生瞬态单一空气泡与氙气泡发光强度的实验测量研究

空化泡内气体对空化泡的产生、生长、崩溃及其发光机理研究有重要意义。基于刹管法,在去离子水与12,丙二醇中通过插不锈钢杆和插毛细管产生瞬态单一空气泡与氙气泡,测量了三种情况下气泡空化发光的强度,拍摄了1,2丙二醇中瞬态单氙气泡空化过程的高速照片。实验结果表明:插杆产生的空气泡的发光强度大于插毛细管产生的空气泡的发光强度,而插毛细管产生的空气泡与氙气泡的发光强度比较接近,瞬态单氙空化气泡接近于球形。分析了这些新现象产生的原因。     

近刚性圆柱水下爆炸气泡动力学特性研究

针对刚性圆柱附近水下爆炸气泡的动力学特性进行了研究. 基于Navier-Stokes方程结合流体体积法捕捉气液两相界面,建立了数值模型;采用电容器放电产生水下爆炸气泡并用高速摄像机记录了气泡的脉动,并将实验结果与数值模拟结果对比验证了数值模型有效性. 通过数值模拟得到了气泡与刚性圆柱相互作用的流场细节信息. 结果表明:气泡在刚性圆柱附近脉动使得刚性圆柱表面流体介质存在速度梯度,速度较大的流体液层冲击气泡形成不同的气泡形状. 定义了一个量纲一的距离参数来表征气泡与刚性圆柱之间的相对距离,研究了距离参数对射流冲击压力、最大射流速度及气泡型心运动的影响. 随着距离参数的增大,射流冲击压力逐渐减小,气泡内部最大射流速度先增大后减小;气泡型心的偏移随距离参数的增加而减小.      

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。     

Condensation-Induced Steam Bubble Collapse in a Pipeline

IntroductionInfluidflowpipelinesenormousdamagemaybecausedbywaterhammerduetocavitycollapsecausedbysuddencontactionoftheliquidcolumnorbysteambubblecollapsewhenthesteambubblecontactscoolwaterandcondenses.Steambubblecollapseandthesubsequentwaterhammerreportedinanuclearpowerplantdestroyedthefeedwaterpipingintheplant.50mlongpipesweredeformedandpulledfromtheiranchorsbytheaccident.Thewaterhammerforcewasestimatedtobe0.7MN.Thiskindofaccidenthasalsooccurredinothernuclearpowerplantswhereoperatorsreported…