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。     

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。     

非均匀流场螺旋桨空泡数值模拟

以某油船螺旋桨为研究对象,基于Rayleigh-Plesset方程,采用Schnerr-Sauer空化模型和可实现的k-ε两层湍流模型,利用计算流体力学(CFD)软件STAR-CCM+模拟了非均匀来流条件下螺旋桨的空泡形态.通过对螺旋桨叶梢区域进行有效合理的网格加密,以较少的网格数量成功捕获梢涡空泡.数值计算与试验结果对比表明:计算结果准确再现了桨叶进出伴流区域空泡初生、发展和溃灭的整个历程;每个相位角叶背片空泡形态与试验观察吻合,片空泡面积相差在5%以内;该数值方法虽然能够捕捉到梢涡空泡,但是还不能对梢涡空泡的非定常特性和空间结构进行准确预测.基于上述结果,该方法适用于非均匀流螺旋桨空泡流动模拟.     

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。     

空泡溃灭过程中力学损伤行为

在电脉冲空蚀实验装置上,设计加装了压电传感系统,成功地监测记录了空泡溃灭对金属表面的作用力,对气泡的溃灭过程进行了描述和解释,验证了气泡的二次溃灭理论.计算了两次溃灭过程中冲击能量变化情况.测量了气泡在距离金属表面不同距离时,空泡溃灭作用于金属表面压强和冲量的大小,两者的变化规律对比分析表明:脉冲放电产生的冲击压和冲量随距金属表面的不同距离而表现出的规律不一致.     

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.     

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...     

基于格子Boltzmann方法的空泡溃灭过程模拟

针对自由边界的三维空泡溃灭问题,以格子Boltzmann方法为流场核心求解器,结合伪势多相流模型与Carnahan-Starling(C-S)状态方程,开展了定压边界条件下,不同温度、初始溃灭半径的三维空泡溃灭过程的模拟研究．通过模拟给出了空泡溃灭过程中流场的两相界面图,并定量分析了三维空泡溃灭时间随着半径变化的关系．结果表明：在定压强边界下,空泡的初始半径与总溃灭时间呈线性相关,且不同温度、不同初始半径的空泡溃灭具有相似的过程;相同温度条件下,空泡溃灭速度随时间不断增加,空泡初始半径越大,空泡溃灭速率最大值出现的时间越晚;对于相同半径条件下,温度比越大,空泡溃灭最大速率出现的时间越晚．     

流体动力空化的噪声特性及空化强度的测量

本文对Contraction-Divergence(收缩-扩张)流道产生的空化泡进行高速摄影观测和空化噪声测量.观测结果中发现随流速增加,气泡状态从离散的空化云变为连续的空化云;噪声谱逐渐从带有宽峰的谱变为连续谱.噪声谱中宽峰的中心频率和峰值都随流速变化而变化.在频率范围[0-50kHz]内对功率谱进行积分,积分值随流速增加迅速增加,可以表示空化的强度变化.实验证明,与声空化存在瞬态和稳态两种空化类似,也存在两种流体动力式空化.     

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。     

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.     

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.     

空化及其在杀菌中的应用

空化是一种非常复杂的现象,空化能够产生极高的瞬时压强与温度,从而能够带来众多的应用,但超声空化用于杀菌却仅仅停留在实验室研究阶段,超声杀菌的处理量是比较少的。描述了超声及水力空化杀菌机理,进行了不同条件下超声和水力空化杀菌实验。结果表明,超声空化与水力空化都有很好的杀菌效果,水力空化的处理量要比超声空化处理量大。     

水力空化技术在有机废水处理中的应用

综述射流空化和涡流空化在有机废水处理中应用的研究进展.水力空化技术在有毒、难降解有机污染水体的处理领域有潜在的应用前景.指出该技术在应用中存在耗能大等问题,提出以后的发展方向是与其他技术联用、改进装置等.     

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。     

超声清洗技术原理及其应用

本文分析了空化的形成及其影响因素,阐述超声波引起空化的机理,以及利用超声空化作用对物体进行清洗的过程和原理,并介绍了超声空化清洗的特点,对超声空化清洗的前景作了展望。     

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。     

超声空化场的致热机制及其聚束喷射时的致热速率

分析表明,超声空化泡崩溃时的高温声冲流和高压冲击波是使塑料致热熔融的机制.采用圆锥形和圆柱形玻璃管对单束超声空化场聚束喷射时,致热速率明显加大,这是因为空化泡在声辐射压力作用下聚集于喷射空化场前峰区的密度得以提高,因而增强了空化集中的致热效果.