固壁面附近空泡溃灭研究

采用自行研制的基于光偏转原理的力学传感器及压电陶瓷探针式水听器PZT,对激光诱导的空泡在固壁面附近溃灭进行了实验研究.结果表明,在脉冲激光作用下,空泡渍灭将依次产生射流和声脉冲,且射流产生时刻早于空泡溃灭时刻;空泡溃灭过程中泡能转换为声能的比例随脉动次数增加而增大;比较实验所得的声脉冲信号和射流信号,得到了声脉冲是空泡第二次溃灭过程中主要衰减方式的结论.     

应用高速摄影技术研究空化现象

高速摄影技术是研究空化现象的有力工具。文中利用高速摄影技术研究了液体粘性、 含沙量及流速对电火花空泡溃灭过程的影响。主要结论有：液体粘性使空泡溃灭过程变 缓；含沙量的影响类似于液体粘性：流速使空泡膨胀过程变缓但使溃灭过程加速；近固壁 处空泡溃灭时微射应朝向壁画，而当壁面具有高弹性或在自由表面附近溃灭时则微射流将 背离壁面；空泡溃灭时将使泡周围的固体颗粒产生运动。文中附有典型高速摄影照片。     

淹没磨料射流效应实验研究

在前混合磨料射流系统和淹没射流环境下,借助数码摄像测试系统,研究淹没磨料射流中空泡云的形成以及空泡云长度随泵压、围压的变化规律.研究结果表明:在淹没磨料射流中,空化噪音随围压的增加而减少;在低围压阶段,空化噪音衰减明显,淹没磨料射流不出现最大噪音的峰值围压;而随泵压的增加,空化噪音逐渐增加,其变化规律与清水空化射流产生的空化噪音变化规律基本一致;泵压增加,花岗石的冲蚀深度增加,泵压与冲蚀深度呈指数函数分布;围压增加,花岗石的冲蚀深度减少,最优空蚀效应围压为1 MPa.     

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。     

自激振荡脉冲磨料射流中波速对频率的影响

自激振荡脉冲磨料射流的振荡频率直接决定着磨料的加速效果和射流的空化效应,分析了自激振荡脉冲磨料射流中压力扰动波的传播速度及其对射流振荡频率的影响规律,数值计算表明：磨料的浓度、密度及体积 弹性模量对波速影响幅度很小,而气体的存在对射流中波速影响很大,很少量的气体就会使波速降低很大,射流振荡的频率随波速的减小而明显增大。结果对设计自激振荡脉冲磨料射流喷嘴有指导意义。     

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。     

电磁磨料射流增压特性数值模拟及参数优化实验研究

针对前混合磨料射流设备存在连续性差和后混合磨料射流系统磨料混合不均匀等问题,基于电磁磨料浆体射流技术,采用数值模拟分析和实验研究相结合的方法对影响电磁磨料浆体射流增压特性因素进行深入研究。依据前人研究结果,采用数值模拟预测磁通密度和电压两参数对导电介质出口速度及其动能影响情况,搭建了试验平台。结合正交试验特点,进行试验。试验表明:磁通密度对射流增压特性影响最大,电压次之,验证了数值模拟分析结果。在磁通密度为0.7 T、电压值为72 V、导电介质浓度选为18%、极板间距为0.025 m情况下,射流增压特性效果最好。     

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。     

电磁磨料射流增压特性参数优化研究

针对前混合磨料射流设备存在连续性差和后混合磨料射流系统磨料混合不均匀等问题,论文基于电磁磨料浆体射流技术,采用数值模拟分析和实验研究相结合的方法对影响电磁磨料浆体射流增压特性因素进行深入研究。依据前人研究结果,采用数值模拟预测磁通密度和电压两参数对导电介质出口速度及其动能影响情况,搭建了试验平台,结合正交试验特点,并进行试验。试验表明：磁通密度对射流增压特性影响最大,电压次之,验证了数值模拟分析结果,且在磁通密度为0.7 T,电压值为72 V,导电介质浓度选为18 %,极板间距为0.025 m情况下,射流增压特性效果最好。     

脉冲磨料射流主要参数对切割性能的影响

通过实验，研究了淹没和非淹没状态下磨料浓度、振荡腔腔长、靶距等参数与脉冲磨料射流的切割和冲蚀性能的关系，对比分析了脉冲磨料射流与前混合磨料射流在相同实验条件下对花岗石、石灰岩等的切割、冲蚀性能。实验结果表明，脉冲磨料射流的最大切割深度和体积冲蚀速度在淹没状态下分别是前混合磨料射流的1.67倍和１.72倍,而在非淹没状态下为１.39倍和１.47倍。这对提高磨料水射流的切割效率、降低比能耗，扩大磨料水射流的应用范围奠定了基础。     

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.     

The energy efficiency of formation of photons, radicals and ions during single-bubble cavitation

It is extremely difficult to perform a quantitative analysis of the chemistry associated with multibubble cavitation: unknown parameters include the number of active bubbles, the acoustic pressure acting on each bubble and the bubble size distribution. Single-bubble sonoluminescence (characterized by the emission of picosecond flashes of light) results from nonlinear pulsations of an isolated vapour-gas bubble in an acoustic field. Although the latter offers a much simpler environment in which to study the chemical activity of cavitation, quantitative measurements have been hindered by the tiny amount of reacting gas within a single bubble (typically <10(-13) mol). Here we demonstrate the existence of chemical reactions within a single cavitating bubble, and quantify the sources of energy dissipation during bubble collapse. We measure the yields of nitrite ions, hydroxyl radicals and photons. The energy efficiency of hydroxyl radical formation is comparable to that in multibubble cavitation, but the energy efficiency of light emission is much higher. The observed rate of nitrite formation is in good agreement with the calculated diffusion rate of nitrogen into the bubble. We note that the temperatures attained in single-bubble cavitation in liquids with significant vapour pressures will be substantially limited by the endothermic chemical reactions of the polyatomic species inside the collapsing bubble.     

静止液体中顶部浸没管口处气泡形成的数值预测

综合分析气泡的受力,基于动力学平衡建立了长大-脱离的两阶段气泡运动方程.对顶部浸没管口处形成气泡的尺寸进行直接数值预测.分析了气体流量、管口内外直径以及表面张力、液体粘度和液体密度对气泡尺寸的影响.并将计算结果与实验结果进行了对比,两者吻合较好,变化趋势一致.研究表明:气泡尺寸随着气体流量以及管口的内径和外径的增加而增大.气体流量和管口内外径都是影响气泡尺寸的重要因素;在一定气体流量下,气泡的直径随着表面张力和液体粘度的增加而增大,而随着液体密度的增加而减少;随着气体流量的增加,液体粘度对气泡尺寸的影响增强,而液体密度以及表面张力对气泡尺寸的影响减弱.     

加压下气泡在液体中的行为

通过物理实验,研究了容器压力、喷嘴孔径和吹气流量对气泡形貌、直径和上升速度的影响.结果表明,在常压下,大孔径喷嘴形成的气泡呈扁平状,其上升过程形状变化大;而在大的压力下,其形成的气泡呈椭球状,上升过程形状稳定.常压下吹气流量对大孔径产生的气泡等效直径影响较小,在小的喷嘴孔径下,吹气流量能明显增加气泡的等效直径,而压力对改变小气泡等效直径的作用不明显.在低的吹气流量和高的容器压力下,较大孔径的喷嘴也能产生较小的气泡.在大孔径下吹气,压力在0.1~0.2 MPa时,不同的吹气流量下的气泡等效直径相差小;而当压力增加到0.3~0.4 MPa时,不同吹气流量的气泡等效直径差别变大.压力增加,气泡的上升速度降低,且在大的吹气流量下,压力对气泡运动速度的影响更为明显;大孔径喷嘴产生的气泡一般有更大的上升速度.在常压下,气体流量对气泡上升速度起着决定性影响,而加压到0.4 MPa,喷嘴孔径对气泡上升速度起着决定性作用.     

Condensation-Induced Steam Bubble Collapse in a Pipeline

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

Simulation study on factors influencing the entrainment behavior of liquid steel as bubbles pass through the steel/slag interface

In this study, a water/silicone oil interface was used to simulate the steel/slag interface in a converter. A high-speed camera was used to record the entrainment process of droplets when air bubbles were passed through the water/silicone oil interface. Motion parameters of the bubbles and droplets were obtained using particle kinematic analysis software, and the entrainment rate of the droplets was calculated. It was found that the entrainment rate decreased from 29.5% to 0 when the viscosity of the silicone oil was increased from 60 mPa·s to 820 mPa·s in the case of bubbles with a 5 mm equivalent diameter passing through the water/silicone oil interface. The results indicate that increasing the viscosity of the silicone oil is conducive to reducing the entrainment rate. The entrainment rate increased from 0 to 136.3% in the case of silicone oil with a viscosity of 60 mPa·s when the equivalent diameter of the bubbles was increased from 3 mm to 7 mm. We therefore conclude that small bubbles are also conductive to reducing the entrainment rate. The force analysis results for the water column indicate that the entrainment rate of droplets is affected by the velocity of the bubble passing through the water/silicone oil interface and that the entrainment rate decreases with the bubble velocity.     

超声场中双气泡非线性动力学参数

从气泡动力学出发,建立了双气泡在外加声场作用下的运动方程,对气泡间的相互作用力进行了研究.研究结果表明：考虑到气泡之间相互作用后,气泡的运动方程、谐振频率、谐振时半径的变化情况明显与单个气泡不同,这些参数不只与气泡各自的初始半径,外加声压强度,液体的黏滞性等因素有关,还与它们之间距离和相对另一气泡的初始半径有关.研究发现：气泡的谐振频率与它们之间距离有关,随着气泡之间距离的增大,其谐振频率在不断减小.但当它们之间的距离增大到某一值时,其谐振频率趋于一定值.这也可以理解为当气泡相对较远时它们之间的相互作用对其影响可以忽略,此时的谐振频率即为单泡的谐振频率.对于谐振时它们的半径变化而言,两气泡之间的作用是相互抑制的,但气泡的初始半径的不同,这种抑制作用的强、弱不同.气泡初始半径相同的气泡,相互抑制作用较弱,数值计算表现出半径相同时其谐振半径的变化幅度要大于半径不同时的结果.     

发泡多孔介质对泡沫粒径的影响

通过泡沫粒径测量实验和发泡多孔介质的恒速压汞实验研究不同长度、不同孔隙结构发泡多孔介质的发泡效果,确定泡沫粒径的最小表征单元和泡沫生成稳定时需要的"扰动单元"数量。结果表明:当单幅图像中的泡沫数量高于120时,泡沫粒径的变异系数将趋于稳定,能够消除泡沫粒径的影响;采用扰动单元和扰动单位的概念能更能准确地从泡沫产生机理上评价发泡多孔介质的发泡能力,且当扰动单元数量达到100±20个时,泡沫的变异系数小于0.5,泡沫的粒径均质程度较好;泡沫平均粒径约为主流喉道直径的1.23~1.51倍,均小于平均孔隙直径,在相同的多孔介质中一旦产生能够起到较好的封堵作用。     

连铸结晶器内气泡运动行为及影响因素

为了研究连铸结晶内气泡的运动行为及影响因素,采用了改进的数学模型对气泡在钢液内的运动行为进行了模拟.数学模型考虑气泡的弹开、聚合以及破碎行为,分析了不同拉速和浸入深度对气泡分布范围、含气率以及气泡平均直径的影响.研究结果表明:初始直径较小的氩气泡在水口内的运动过程中会发生碰撞聚合,生成大气泡.相同拉速下,气泡的分布范围和含气率随着水口浸入深度的增加而增大,气泡平均直径随浸入深度的增大而减小.相同浸入深度下,气泡的分布范围和含气率随着拉速的增加而增大,气泡平均直径随拉速的增大而减小.拉速对气泡直径的影响大于浸入深度的影响.