空化初生的热力学影响研究

从非平衡态热力学理论出发,建立了有相变发生时球形气核与围流液体之间能量流和物质流的方程式．在此基础上,确定了自由气核空化初生的条件,并结合气泡动力学对此进行了深入的讨论,提出了判断满足空化初生条件的标准     

初生空化的主要影响因素及比尺影响

本文讨论了影响初生空化的几个主要因素，对国内外有关初生空化比尺影响的 最新研究成果进行了评述．主要介绍了大连工学院高速水流研究室在这方面所做的工 作．从气核平衡的稳定条件出发建立了初生空化数计算模型．     

初生空化数的计算模型

从“气核惯性失稳导致空化”这一观点出发,提出了应用于数值模拟的初生空化判别标准及其数学模型,采用Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏ方法模拟空化现象中的各种随机因素,在可靠度的意义下将气核空化初生与流场空化初生联系起来．以黄河小浪底工程消能泄洪洞为例,对三级串联孔板的初生空化数作了计算．     

喷孔锥度和燃油温度对柴油喷嘴内空化流动特性的影响

为弄清喷孔锥度和燃油温度对柴油喷嘴内空化流动特性的影响,阐明喷嘴内气液两相空化流动初生机制,采用背景光高速显微成像技术获得不同锥度系数及燃油温度下简化竖直单孔柴油喷嘴内空化流动及近场喷雾光学图像。结果表明：随着喷射压力增大(0.2～1.0 MPa),柴油喷嘴内燃油逐步从单相流动发展为片空化、线空化、空气倒吸和超空化等多种气液两相空化流态;云空化、线空化和空气倒吸现象的初生强烈依赖于燃油喷射压力,且具有显著的瞬态不稳定性。与圆柱形喷孔相比,渐缩锥度喷孔对各类空化流态具有明显的抑制作用,且锥度系数越大,抑制作用越显著。同时,提高燃油温度(288 K、303 K和323 K)有利于各类空化流态的初生及发展。此外,喷孔内部空化两相流动加剧了燃油射流的不稳定性,促进了射流破碎雾化,有利于增大喷雾锥角。研究为揭示各空化流态特性及其对喷雾特性的影响规律奠定了理论基础。     

气核含量对空化影响的理论探讨

气核在紊动压强作用下振荡,使其周围水域产生加速度及相应的压力梯度。这一压力梯度产生了气核间的相互作用力。两个气核以相同的节奏振荡时,相互间出现“引力”使之并合成大的气泡。本文在这一基础上建立了紊流场中初生空化数与水中自由气空气含量之间数量关系。这一数学模型得到了试验数据的初步验证。     

螺旋桨初生空化湍流的多相流数值模拟

摘要：
同时采用修正剪切应力输运(SST)湍流模型和Baseline雷诺应力模型（RSM）求取了E779A螺旋桨在无空化状态和初生空化状态下的梢涡运动轨迹,分析了涡核最小压力系数、湍动能、轴向速度分量和涡核半径沿运动轨迹的变化,并从模拟得到的梢涡卷曲起始和梢涡涡束的角度阐述了梢涡形成机理.空化模型采用改进Sauer模型,考虑了非凝结性气核质量分数、体积分数和气泡初始半径以及湍流脉动的影响,并针对轻度、中度和重度空化面积进行了可信性校验.当空化数σ>初生空化数σi时,叶梢截面压力系数分布相对不再改变的判定准则来确定.涡核中心位于螺旋线垂向截面上最小压力点,涡核边界由湍流涡频率峰值决定.数值模拟结果表明,RSM模拟梢涡路径较修正SST湍流模型稍长、局部梢涡空化范围略大、叶梢最小压力系数和轴向速度分量要小,涡核湍动能分布更为合理.但两者模拟得到的涡核运动轨迹几乎重合,并且初生空化状态下的涡核运动轨迹、最小压力系数和轴向速度分布均与各自无空化状态下非常接近,表明了初生空化状态判定的正确性和改进数值模型对梢涡运动轨迹模拟的适用性.     

螺旋桨空化初生的判定和空化斗的数值分析

摘要：
为了实现空化多相流模拟在螺旋桨空化初生和空化斗预报中的应用,采用改进Sauer空化模型和修正剪切应力输运(SST)湍流模型,对NSRDC4381桨的叶背和叶面片空化初生、梢涡空化初生和空化斗底线特征进行了模拟、校验和分析,提出了“当σ>σi时,叶梢截面压力系数分布不再改变”的空化初生判定准则,并分析了其适用范围. 同时,将空化斗由传统的三区细分为五区,以更准确地描述不同工况点的桨叶空化状态. 结果表明,在设计和非设计进速系数下,预报桨叶叶背和叶面不同叶截面的初生空化数均与实验值吻合较好;模拟梢涡空化初生再现了局部梢涡空化和导边梢涡空化同时存在的现象,证明了分别用叶背07 R截面和叶面04 R截面的片空化初生曲线来表征叶背和叶面可视梢涡空化初生的合理性. 空化初生判定准则适用于空化斗底线上方的叶背和叶面片空化区. 将空化斗底线下方区域进一步细分为叶背03 R至叶梢的片空化区以及叶背与叶面同时片空化区,以更好地在工程中应用空化斗来描述桨叶空化形态和求取空化航态的航速.     

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。     

关于初生空化试验技术的规范

针对初生空化研究中的比尺效应问题,提出了规范试验技术的重要性。其中特别讨论了以“零抗拉强度”和对来流紊动影响进行修正的规范,它对于改善初生空化试验成果的互比性具有决定性的作用。     

超声强化近临界CO_2流体萃取的机理

借助近临界CO2流体中超声空化阈值的基本计算,首先理论上探讨了近临界CO2流体中超声空化阈值随空化泡核初始半径的变化规律,然后应用该规律判断超声能否在近临界CO2流体中产生空化现象,从而揭示超声强化近临界CO2流体萃取的机理.结果表明:近临界CO2流体中超声阈值随空化泡核初始半径的增大而减少,即在其他条件相同的情况下,空化泡核初始半径较大时,超声在近临界CO2流体中产生空化现象相对容易;当近临界CO2流体温度20 ℃、压力5.82 MPa时,超声能在近临界CO2流体中产生空化现象,此时超声强化近临界CO2流体萃取的机理包含空化效应和机械效应;相反,当近临界CO2流体温度20 ℃、压力8 MPa时,超声不能在近临界CO2流体中产生空化现象,此时超声强化近临界CO2流体萃取的机理仅包括超声波的机械效应.     

考虑当地流动特征的Zwart-Gerbera-Belamri空化模型改进及应用

为减小Zwart-Gerbera-Belamri空化模型中经验参数取值对数值模拟结果的影响,基于当地流动特征修正了Zwart-Gerbera-Belamri空化模型.联立Realizable k-ε湍流模型,分别采用修正前后的Zwart-Gerbera-Belamri空化模型对二维NACA0009 MOD水翼空化流场进行了数值模拟,空化数范围为0.75~0.90.并采用修正前后的Zwart-Gerbera-Belamri空化模型对二维Clark-Y水翼的初生空化、片状空化、云空化进行非定常数值模拟,空化数范围为3.00~0.55.将数值模拟结果与已有实验结果进行对比,结果表明:引入当地流动特征可以有效减小Zwart-Gerbera-Belamri空化模型中的气泡半径及气核体积分数的取值对数值模拟结果的影响,且修正后的空化模型能够捕捉不同空化数下绕Clark-Y翼型的时均升阻力系数的变化趋势.      

空化和空蚀机理及其影响因素

对空化和空蚀现象的机理和影响因素进行了综合论述，包括空化初生、空化数、空化初生影响因素、空蚀破坏机理、空蚀试验方法、空蚀影响因素、空化噪声等，为进一步深入研究和应用空化空蚀现象打下基础     

空化和空蚀机理及其影响因素

对空化和空蚀现象的机理和影响因素进行了综合论述，包括空化初生、空化数、空化初生影响因素、空蚀破坏机理、空蚀试验方法、空蚀影响因素、空化噪声等，为进一步深入研究和应用空化空蚀现象打下基础。     

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。     

对液体空化机理的进一步探讨

针对当前液体空化机理的各种假设所存在的缺陷,应用热力学原理,对气泡核子作了进一步探讨,并得出在平面平衡的条件下,液体内部不可能稳定地存在纯蒸汽泡;在亲水性裂隙中气核是不可能稳定存在的;而在憎水性裂隙中气核是可以稳定存在的,还讨论了影响空化产生及发展的一些因素,在考虑固体表面度,水中杂质,用一个修正的空化数σ１来作为衡量空化能否发生的依据,更为确切,这些论述,对气核假说的理论作了充实和完善。     

柴油机喷油器内部空化效应的模拟研究

喷油器中空化流特性直接影响燃油的雾化和燃烧.利用CFD-Fire软件,在针阀运动的情况下模拟了喷油器内部从单相流到超空化的过程以及流动特征.数值模拟发现:气泡首先出现在喷孔进口的拐角处,随着流速增加,空化进一步发展,直至贯穿整个喷油器形成超空化,整个流场成为气液两相流.瞬态条件下,针阀运动致使喷孔进口附近压力波动,部分...     

掺气分流墩墩头动水壁压及空化特性研究

本文通过系列比尺模型研究了中、低佛氏数下掺气分流墩墩头动水壁压及空化特性，得到墩头时均和脉动壁压的分布规律、脉动壁压概率分布及墩头初生空化数等。研究结果表明，墩头脉动壁压概率分布服从正态分布；在墩后充分供气时墩头不产生空蚀及共振破坏。     

螺旋桨空化崩溃性能图谱的多相流模拟

为了提高螺旋桨空化性能多相流模拟的精度,采用改进数值模型对NSRDC4381螺旋桨的片空化形态和空化崩溃性能图谱进行了模拟与校验．数值模型由混合密度中显示包含非凝结性气核（NCG）质量分数和体积分数的混合物多相流模型,考虑湍流脉动影响的相变临界压力、NCG质量分数取7．8×10^-4、NCG体积分数取1．0×10^-6、气泡平均初始半径取1．5μm的改进Sauer空化模型,以及剪切应力输运（SST）湍流模型组成．结果表明：预报空化崩溃性能图谱与实验值符合很好;非设计进速系数下模拟空化形态与采用Sauer空化模型的结果一致,较实验值略偏小;中度和重度空化下,推力和力矩系数的预报精度明显高于采用Kunz空化模型的结果,严重空化时精度提升约16％;即使在高负载且严重空化的非设计工况下,预报推力和力矩系数误差分别为4．95％和2．28％,也在工程可控范围内,证明了所采用数值模型的有效性．该模型可进一步用于螺旋桨空化初生的数值判定．     

气核含量对空化影响的理论探讨获自治区1985年科学技术进步四等奖

石河子农学院水利系副教授郑国华于1982～1985年三年时间,对“气核含量对空化影响的理论”进行了探讨。这一研究成果在全国造船与水利学会联合召开的“空泡机理学术讨论会”上正式发表,其实际意义在于有可能采用减少气核的办法来推迟空化的发生,延长设备寿命。达到国内领先的水平。在1985年自治区技术进步奖的评比中,获四等奖。 水利工程中的泄水建筑物、水轮机、水泵以及船舶螺旋浆等水力机械由于水流空化导致严重破坏。据试验发现,空化的发生与水中所含的气核量有关。不久前,美国学者哈密特在     

平面闸槽区初生空化数估计

用雷诺方程按有限分析法计算了平面闸槽区附近的平均紊流场——包括平均 速度分布，涡量分布和压强分布等。计算表明，当来流流速ｕ∞不同时．压力系数Ｃｐ 分布是不同的。根据空泡动力学理论，计算的初生空化数和估计的空比初生位置随ｕ∞ 而变．计算结果基本上和实验相符合。