基于声发射的自振脉冲空化射流实验研究

为增加低渗透性能煤层气的采前预抽取量,提高深部煤层的开采效率,本文采用信号分析法从射流振荡状态研究自振脉冲空化射流特性。基于水声传感技术获取淹没环境中声发射信号,利用频谱分析法研究围压下自振脉冲空化射流冲击砂砖块产生的空化噪声,分析不同压力下随时间变化时主要破坏频率,通过声功率谱（PSD）及空化噪声能量变化探讨冲蚀效果。结果表明,钻孔率随钻孔时间增加而降低且孔深存在临界深度。水中射流脉动的频率范围为11.44 KHz-17.14 KHz,砂砖主要破碎频谱范围为38.74 KHz- 46.05 KHz。随冲蚀时间增大,声发射信号能量强度先增加后降低。此外,射流频谱分析和PSD方法对射流性质的研究提供新的思路及方法。     

用碘释放法研究正弦调幅波的超声空化峰现象

用碘释放法以1.7MHz正弦调幅波（调制频率从1Hz到5kHz,调幅深度为95％）的超声空化产额进行了研究,观测到“空化峰”现象。即适当选取调制频率时,其空化效应呈极大值。对调幅波的低频包络与空化效应之间的关系进行了理论分析,得到与实验数据基本相符的结果,从而对产生“空化峰”的物理机制给出了解释。     

离心泵内部非定常空化流动特征的数值分析

运用完整空化模型和混合流体两相流模型,对比转数为130的离心泵流道内部的空化流动进行了定常及非定常的数值模拟.预测了叶轮流道内空化发生部位和发展程度,对蜗壳隔舌附近处流场的压力场进行了监测,得到了压力脉动的变化规律.结果表明:空化初生位于叶片背面进口边附近处,随着进口压力的降低,空泡分布区域及空泡体积分数不断扩大,当空化严重时,叶片工作面上会有空泡聚集;在叶轮的1个旋转周期中,单个叶片表面上的空化发展程度随叶轮与蜗壳相对位置的改变而发生规律性的变化;压力脉动频率存在明显离散特性,叶片通过频率下的脉动幅值较大;随着空化程度的发展,空化流动诱导泵流道内压力脉动幅值不断增加,并且两者存在相互对应关系.     

空化噪声谱研究

空化是一种特殊的水动力现象,为研究不同的空化方法产生的空化噪声谱,文章理论上进行多孔板振动的计算,并用ANSYS模拟多孔板的振动,研究其振动频率与测得的空化噪声谱之间的联系,初步对小处理量的压电超声换能器产生的超声空化谱及大处理量的多孔板、簧片哨和漩涡哨三种水力空化谱进行比较分析,结果表明,在特定的条件下,测得的多孔板空化噪声谱与压电超声换能器及簧片哨产生的空化噪声谱类似,呈现明显线状谱特征,其他条件下多孔板空化噪声谱与漩涡哨空化噪声谱类似没有明显线状谱特征.     

空化噪声特性实验研究

利用不同类型的轴对称头体和ＮＡＣＡ１６０１２翼型做了一系列空化噪声实验,得到轴对称头体在不同空化数及不同速度下的空化噪声谱及翼型在不同的攻角下的空化噪声谱．这一系列的噪声谱表明,各种轴对称头体的空化噪声总声级随空化数的减小而升高,但噪声谱形具有明显的相似形;翼型在片空化、泡空化和云雾空化状态下所辐射的噪声谱存在明显的差别．噪声总声级的变化较为复杂,由泡空化状态转换到片空化状态,空化数虽然减小,但总声级会突然降低．针对翼型在泡空化状态下所辐射噪声谱的特征,利用单空泡溃灭理论进行了尝试性的解释和说明．     

云状空化流动数值模拟的空化模型评价

为深入了解空化模型对云状空化流动计算的影响,分别采用Kubota,Singhal,Merkle,Kunz四种不同的空化模型对绕水翼的云状空化流动进行了数值模拟,获得了空穴形态和升、阻力等流场动力随时间的变化特性. 通过与实验结果的对比表明,这四种空化模型均可以准确地捕捉云状空化区域的空穴形态和空泡脱落的非定常细节;不同空化模型对计算所得的空穴形态和长度、绕翼型速度矢量场、升阻力均有影响, 但对流场动力特性的主要频谱分布影响不大.     

宽温域条件下齿轮泵内流场空化强度的变化规律

针对-20～100℃的宽温域工作条件下齿轮泵空化强度存在差异的现象,利用Pumplinx软件将双联齿轮泵模型简化为单齿轮泵模型,对齿轮泵在不同温度下的空化强度进行研究.油液温度的不同会造成黏度的不同,而黏度变化导致齿轮泵困油腔压力波动幅值变化.根据空化产生机理,压力波动幅值的改变,会引起空化强度的改变.通过不同温度下空化水平的对比,总结出齿轮泵内流场空化现象随温度升高而减弱的规律.依据空化诱导振动理论,空化水平的改变会引起齿轮泵振动的改变,借助齿轮泵振动实验,验证了空化强度随温度升高而减弱的规律.     

单双泡空化噪声计算分析

基于由单双泡动力学方程和Lighthill方程创建起来的单双泡空化噪声模型,通过Matlab语言编程计算,分析了水中空化泡的初始半径、双泡间距、声压幅值、超声频率、双频超声等因素对空化噪声的影响.计算及分析结果表明:在相同的初始条件下,单双泡的空化噪声曲线有不同的形态,双泡产生的空化噪声远大于单泡;对于单泡,空化泡的初始半径、声压幅值、超声频率、双频超声对空化噪声均有影响,其中空化泡初始半径和声压幅值的影响最为显著,在双频条件下,两声压分量幅值相等时单泡空化噪声达到最大.对于双泡,初始半径和声压幅值对空化噪声影响很大,而超声频率和双频超声对空化噪声的影响几乎可以忽略.     

空化热力学效应对相间质量传输过程的影响

为了分析空化热力学效应对相间质量传输过程的影响,应用二次开发技术在商业软件中引入修正的Merkle空化模型及液氮物性参数随流场温度的变化,并在能量方程的源项中考虑了空化的影响,对绕对称回转体液氮空化流动进行了计算.通过将计算结果与实验数据进行对比,对计算方法进行了验证.基于数值计算结果分析了空化热力学效应对质量传输过程的影响.相间质量传输过程包括蒸发和凝结过程.在蒸发过程中,低温流体空化的发展不仅与当地空化数σ有关,且依赖于流场的密度比R(T).随温度升高,液体/蒸汽的密度比梯度(dR/dT)增加,导致蒸发量减小;随温度升高,饱和蒸汽压变化梯度升高,导致蒸发量减小.凝结过程中,随温度升高,(1-φl)值减小,凝结量减小;随温度升高,max(0,Cp+σ)值增大,凝结量增加.     

渥奇段的空化噪声与空化特性

通过对渥奇段的空化噪声的量测与分析，发现渥奇段的空化易发生在壁面曲率的沿程变化明显增大的部位；水流空化数与空化噪声的沿程变化趋势一致；空化发生的位置和程度与运行工况、凸体位置和高度有关；渥奇段的空化为体型分离型，初生空化数约为0．2左右。     

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。     

高比转数离心泵叶轮内空蚀两相流动的数值模拟

为了研究高比转数离心泵内部的空蚀流动,采用完整空化模型和混合流体两相流模型对比转数为177的离心泵全流道内空蚀流动进行定常数值模拟.根据计算结果,分析液相和空泡相主要流动特征及叶片上的静压分布,揭示叶轮内空蚀两相流场的内在特征,结果表明预测得到的空蚀现象与实际离心泵受空蚀现象的影响与破坏情况基本一致.     

超声清洗空化噪声对大白鼠学习记忆影响的研究

探讨了超声清洗空化噪声对大白鼠学习记忆能力的影响．将20只大白鼠随机分为实验组和对照组，每组10只，实验组置于工作频率为20kHz、功率为600W的超声清洗机辐射出的空化噪声环境中，每天8h，共14d．通过水迷宫实验，观察其学习和记忆指标．结果显示，超声清洗空化噪声可使大白鼠学习记忆能力下降，随作用时间延长，大白鼠疲倦、迟钝等反应加重，体重增长变缓．     

补气位置对改善射流泵空化性能的试验

对面积比为2.78和4.94的射流泵分别进行了试验,测得不同空化工况下在喉管不同位置补气时噪声和振动的变化.试验结果表明,不同空化阶段在喉管的任何位置补气,都可以降低射流泵的空化噪声和振动;随着补气量的增加,空化噪声和轴向振动加速度的降低也越明显,噪声的最大降低值可达5.1 dB,轴向振动加速度最大可降低4.3 m/s2;补气可以改善射流泵喉管内的压力分布,破坏极限工况下流动的臃塞现象,提高射流泵的空化性能;在喉管最低压力点处及邻近上游位置补气可更有效地抑制射流泵的空化,最优的补气位置为距喉管入口的1～3倍喉管直径处.     

A modified density based cavitation model for time dependent turbulent cavitating flow computations

The predictive capability of transport equation-based cavitation models including the Kubota cavitation model (Model-1) and interfacial dynamics cavitation model (Model-2), is evaluated for the attached turbulent cavitating flows. In this study, the test problem is the unsteady cloud cavitating flows around a Clark-Y hydrofoil. Based on the evaluations of existing models, we identified the differences between these two vaporization and condensation processes in the affected region, and provided a modified density based cavitation model (Model-3). The numerical results of the cavity shapes, velocity distributions and dynamics of the cavity oscillations were compared to existing experimental data. Compared with the other cavitation models, a significant improvement for the numerical results of unsteady cavitating flows has been obtained with the new model. Our study provides the information for further modeling development.     

Validation of full cavitation model in cryogenic fluids

Numerical simulation of cavitation in cryogenic fluids is important in improving the stable operation of the propulsion system in liquid-fuel rocket. It also represents a broader class of problems where the fluid is operating close to its critical point and the thermal effects of cavitation are pronounced. The present article focuses on simulating cryogenic cavitation by implementing the “full cavitation model”, coupled with energy equation, in conjunction with iterative update of the real fluid properties at local temperatures. Steady state computations are then conducted on hydrofoil and ogive in liquid nitrogen and hydrogen respectively, based on which we explore the mechanism of cavitation with thermal effects. Comprehensive comparisons between the simulation results and experimental data as well as previous computations by other researchers validate the full cavitation model in cryogenic fluids. The sensitivity of cavity length to cavitation number is also examined. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 50706042)     

Research on transient characteristics of cavitation phenomena in pilot stage of jet pipe servo-valve

To obtain dynamic characteristics of cavitation and study the relationship between the cavitation and inlet pressure, large-eddy simulation(LES) is utilized to calculate unsteady flow field in the pilot stage. Lamb-Oseen vortex is observed. Simulation results show that vortex cavitation exists, and cloud cavitation begins to occur when inlet pressure reaches 7 MPa. Cavitation and cavitation-shedding are enhanced by the increment of inlet pressure. The main frequencies of the pressure oscillations of vortex cavitation and cloud cavitation increase with inlet pressure increasing. By comparing results of local cavitation and facet cavitation, it is known that cloud cavitation has a greater influence than vortex cavitation. Upon increasing the wedge length, the main frequency of vortex cavitation increases whereas that of cloud cavitation decreases, the volume fraction of the vapor phase and the energy efficiency decrease. Considering the above characteristics and the easiness of the process, the optimal wedge length is 0.03 mm.     

静态声空化泡内外的质量交换

研究表明声空化泡内外存在着不可忽略的质量交换,但目前的研究主要针对激烈脉动型的声空化泡.本文利用驻波声场的Bjerkes力稳定悬浮非激烈脉动型声空化泡（静态声空化泡）来研究泡壁处气液间的质量交换特性.结合实验结果,我们分析了驱动声压、气体种类、液体的黏度、表面张力,饱和蒸汽压等因素对静态声空化泡内外质量交换特性的影响.同时,我们设计的实验系统也为气液传质特性测量提供了一种方法.     

空化效应下高压喷嘴结构对燃油喷雾特性的仿真研究

针对喷孔内部出现的空化现象,运用计算流体力学和计算燃烧学,数值模拟了喷嘴结构对燃油喷雾及燃烧情况。结果发现:喷孔入口圆角半径和喷孔直径对燃烧过程都有显著影响。喷孔入口圆角半径的增加以及喷孔直径的增大,从根本上都会使得对燃油初次破碎起重要作用的喷孔内部空化现象减弱,从而降低燃油与空气形成的混合气质量,并最终对燃烧过程产生不利影响。喷孔夹角的增大虽然使得喷孔内部的空化现象得到加强,从而改善燃油的初次破碎情况。喷孔长度对燃油的喷雾特性,几乎没有任何影响。