空化泡崩溃对近壁面的作用

空化泡在超声波的作用下其半径变化规律已经被实验所证实,如文献[1]。笔者在此基础上应用流体力学方法计算了超声空化泡在刚性壁面附近崩溃时对刚性壁的作用。计算表明,所得结果能很好地解释超声空化破碎薄铝箔的实验现象。     

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.      

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.     

超声空化影响因素

在对超声空化的有关理论进行研究的基础上,研究、分析与总结了影响超声空化的液体若干物理参数、声场参数、环境压力等各种因素,为诸如超声空化清洗设备的研究、开发等超声空化技术的实际应用提供有效的帮助.     

超声珩磨区考虑煤油蒸汽冷凝与蒸发的空化泡动力学分析

为了更深入地探究超声珩磨区空化泡的动力学特性,以煤油为磨削液介质,考虑煤油蒸汽的冷凝与蒸发建立了功率超声珩磨下的单空化泡动力学模型。利用4阶龙格库塔法对不同工作条件(珩磨压力、珩磨头回转速度和往复速度、磨削液粘性、超声频率)下的空化泡泡壁运动规律进行了数值模拟与分析。研究表明：较高的珩磨压力、珩磨液粘性以及超声频率会抑制珩磨区空化效应的产生,而珩磨头回转速度与往复速度的变化对空化效果影响极其有限。     

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.     

非线性超声场中医用微泡的空化预测研究

以两种常见医用微泡的实验材料为计算参数,利用修正的Rayleigh-Plesset方程,对粘滞流体中不同半径的医用微泡在非线性超声波驱动下的空化行为进行了数值仿真.结果表明:一定驱动声频下,声压越大,医用微泡的空化概率越大,且向半径减小的方向移动,其空化概率受微泡材料参数影响也较大;同时,声作用周期个数越多,空化概率越大.当声作用周期个数增到一定数量时,其空化概率达到饱和.     

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。     

超声空化场热释放现象的实验研究

在1.65MHz、3W/cm2的超声空化场中,沿垂直声波辐射方向插入高分子材料ABS等试验板,板面上即刻出现熔化现象:超声空化场的一种热释放。若使这种空化场形成超声喷泉,其热释放的效果更加明显。采用圆柱形套管和圆锥形套管对这种超声喷泉进行聚束喷射,还可加剧这种热释放。作者认为,大量空化泡塌陷、爆裂时的高温声冲流和高压冲击波是使这种低导热系数试验板热变熔化的主要机制。超声喷泉中隐含的空化集中作用,以及聚束状态下附加的空化集中作用和声能密度的增加,则进一步增强了这种热释放。     

空化射流稠油降粘实验系统的设计与实验研究

本文利用空化射流技术开展了稠油降粘的实验研究。根据实验条件自行设计和制造了空化射流稠油降粘实验系统,并利用该实验系统研究了两种空化喷嘴及空化射流处理次数等参数对稠油降粘效果的影响,分析了稠油在空化射流处理前后粘度发生的变化。实验研究结果表明：两种空化喷嘴对稠油的降粘都有一定的作用,稠油粘度随着空化射流处理次数的增加逐渐降低。通过角形空化喷嘴和风琴管空化喷嘴处理后,稠油粘度最大降低52mpa?s和88mpa?s,降粘率分别为13.33%和18.49%。实验验证了空化射流技术可以一定程度的改变稠油的性质,实现稠油的降粘,改善稠油的品质,在合理运用下可以成为一种稠油降粘的新方法。     

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。     

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.     

超声空化影响因素

在对超声空化的有关理论进行研究的基础上，研究、分析与总结了影响超声空化的液体若干物理参数、声场参数、环境压力等各种因素，为诸如超声空化清洗设备的研究、开发等超声空化技术的实际应用提供有效的帮助。     

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。     

围压下双射流喷嘴空化初生能力的实验研究

为了提高射流破岩效果和深井钻井的速度，实验研究了双射流喷嘴在不同围压下的空化初生能力，并与普通锥形喷嘴进行了比较。结果表明，在同等条件下，双射流中心喷嘴出口直径对双射流喷嘴空化初生能力影响明显；在高围压条件下，双射流喷嘴比普通锥形喷嘴具有更大的初生空化数，且大都大于1．0，而锥形喷嘴最大仅为0．43。     

围压下双射流喷嘴空化初生能力的实验研究

为了提高射流破岩效果和深井钻井的速度,实验研究了双射流喷嘴在不同围压下的空化初生能力,并与普通锥形喷嘴进行了比较。结果表明,在同等条件下,双射流中心喷嘴出口直径对双射流喷嘴空化初生能力影响明显;在高围压条件下,双射流喷嘴比普通锥形喷嘴具有更大的初生空化数,且大都大于1.0,而锥形喷嘴最大仅为0.43。     

Affected zone generated around the erosion pit on carbon steel surface at the incipient stage of vibration cavitation

The characteristics of erosion pits on a carbon steel surface were investigated at the incipient stage of cavitation erosion. After a 5-minute experiment performed in an ultrasonic vibration system, needle-like erosion pits appeared on the polished steel surface, and a specially affected zone was formed around the pit. The shape of the pit and the plastic deformation of the affected zone indicate that the me-chanical impaction on the surface is the main reason for the cavitation damage. On the other hand, the iridescent color, the decreased surface hardness and the precipitated carbides on the affected zone prove that the affected zone has experienced a tempering process with the temperature higher than 300℃. The lack of oxygen in the affected zone also proves that it is not a chemical oxygen result. A special phenomenon that a carbon ring forms in the affected zone is explained as a result of the tor- oidal bubbles＇ heating effect at the final stage of the bubble collapse.     

A phenomenological model of mass-exchange between the inside and outside of a cavitation bubble

The mass-exchange between the inside and outside of a cavitation bubble is a complicated process with several kinds of exchange forms acting together, such as gas diffusion, gas-liquid phase transition, chemical reactions and so on. A phenomenological model of mass-exchange was proposed, in which the pressure difference is considered as the drive. Compared with the previous physical models, it has a simpler form and less computational cost. Combining it with Rayleigh-Plesset equation, the equilibrium radius is calculated when the mass-exchange achieves the dynamic balance. The result shows that the equilibrium radius has multiple values. The relationships between the equilibrium radius and the driving ultrasound (pressure amplitude and frequency) are evaluated. We also investigated how these relationships were affected by the model parameters. Finally, the bubble radius evolution in the sulfuric acid driven by different pressures was measured. The experimental result that the equilibrium radius changes with the pressure agrees with the numerical results well. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 10434070, 10704037), the Key Project of Chinese Ministry of Education (Grant No. 103078) and the Young Scholar Technological Innovation Projects of Jiangsu Province (Grant No. BK2007569)     

爆炸应力波对深埋巷道的作用效应分析

运用工程分析软件ANSYS模拟几种常见形状的巷道结构在爆炸应力波作用下围岩的位移时间历程和Mises等效应力时间历程,进而分析这些不同形状巷道结构在爆炸应力波作用下的位移、振动、变形情况,得出在爆炸应力波作用下巷道结构易破坏的位置并给出防护对策。