低温空化非稳态特性和机理研究
发布时间：2021-08-22 00:55
空化现象是导致火箭发动机低温泵失效的基础问题。对低温流体的非稳态空化特性及机理的深入理解有助于液体火箭发动机低温泵系统性能优化,因此具有重要作用。由于低温空化相较于水空化存在显著的热效应,物理机理更加复杂。但低温环境下可视化实验观察难度极大,因此至今为止,相关实验数据较为匮乏,对低温空化非稳态特性和机理的理解尚未充分。为此,本文主要开展了以下工作:1、基于H-T气泡动力学模型,求解了包含可压缩性、热效应、表面张力、粘度、不可凝气体等效应的低温单气泡动力学模型,分析了压差对单个气泡成长和溃灭过程的影响特性。低温气泡动力学模型经水的超声空化实验验证。研究表明,对于气泡成长过程,热效应延长了成长的时间,泡壁速度先增大后减小,热效应越强,泡壁速度最大值越早达到,且值越小;初始压差越大气泡泡壁面速度越大,气泡成长更快。对于气泡溃灭过程,热效应抑制了气泡的振荡及最大溃灭压力幅值,并延长了溃灭时间;热效应越强,泡壁速度最大值越早达到,且值越小。热效应越强,初始压差对溃灭时间长度的影响更大,并且两者逐渐呈现指数关系。2、基于均匀混合物模型,建立了考虑气液全可压缩性和热效应的非稳态低温空化数值模拟框架,...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：144 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
刀因子基本模型
空化特征将由于增强的热效??应而变化。在Ｃｅｒｖｏｎｅ的实验中，在冷热水中出现空化现象如图１．３所示。在热??水的情况下（情况ａ），气泡比冷水（情况ｂ）小，并且更容易聚合。??除此之外，具有热效应的空化特性在不同流体中也会有所不同。例如，Ｇｅｌｄｅｒ??等［｜６］观察到沿文氏管壁氟利昂１１４?（１５°Ｃ）的空化流动较之液氮（－１９６°Ｃ）更加??剧烈和嘈杂，但液氮空化的前缘更不稳定并且周向发展更加不均匀。??國ｓ??（ａ）水?（ｂ）液氮??图１．２诱导轮空化（ａ）水（３０６Ｋ）及（ｂ）液氮（７９Ｋ）?［８６］??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?Ｃａｖｉｔａｔｉｎｇ?ｉｎｄｕｃｅｒ?ｉｎ?（ａ）?ｗａｔｅｒ?（３０６?Ｋ）?ａｎｄ?（ｂ）?ｌｉｑｕｉｄ
空化特征将由于增强的热效??应而变化。在Ｃｅｒｖｏｎｅ的实验中，在冷热水中出现空化现象如图１．３所示。在热??水的情况下（情况ａ），气泡比冷水（情况ｂ）小，并且更容易聚合。??除此之外，具有热效应的空化特性在不同流体中也会有所不同。例如，Ｇｅｌｄｅｒ??等［｜６］观察到沿文氏管壁氟利昂１１４?（１５°Ｃ）的空化流动较之液氮（－１９６°Ｃ）更加??剧烈和嘈杂，但液氮空化的前缘更不稳定并且周向发展更加不均匀。??國ｓ??（ａ）水?（ｂ）液氮??图１．２诱导轮空化（ａ）水（３０６Ｋ）及（ｂ）液氮（７９Ｋ）?［８６］??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?Ｃａｖｉｔａｔｉｎｇ?ｉｎｄｕｃｅｒ?ｉｎ?（ａ）?ｗａｔｅｒ?（３０６?Ｋ）?ａｎｄ?（ｂ）?ｌｉｑｕｉｄ
【参考文献】：
期刊论文
[1]三维液氮空化的大涡模拟和机理[J]. 徐璐,朱佳凯,谢黄骏,周芮,张小斌. 化工学报. 2016(S2)
[2]液氮汽蚀实验中低温热电偶的标定及误差分析[J]. 谢黄骏,朱佳凯,徐璐,陈建业,张小斌. 低温工程. 2016(04)
[3]文氏管中低温流体汽蚀过程可视化实验研究[J]. 赵东方,朱佳凯,徐璐,余柳,张小斌,陈建业,王宇辰. 低温工程. 2015(06)
[4]液氮绕水翼低温空化三维数值模拟计算(英文)[J]. 孙铁志,魏英杰,王聪,赵成功. 船舶力学. 2014(12)
[5]Validation of dynamic cavitation model for unsteady cavitating flow on NACA66[J]. ZHANG XiaoBin,ZHANG Wei,CHEN JianYe,QIU LiMin,SUN DaMing. Science China（Technological Sciences）. 2014(04)
[6]Modeling cavitation flow of cryogenic fluids with thermodynamic phase-change theory[J]. ZHANG XiaoBin,WU Zhao,XIANG ShiJun,QIU LiMin. Chinese Science Bulletin. 2013(Z1)
[7]Validation of full cavitation model in cryogenic fluids[J]. CAO XiaoLi, ZHANG XiaoBin, QIU LiMin & GAN ZhiHua Institute of Refrigeration and Cryogenics, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China. Chinese Science Bulletin. 2009(10)
[8]Periodical shedding of cloud cavitation from a single hydrofoil in high-speed cryogenic channel flow[J]. Yutaka ITO,Koichi SETO,Takao NAGASAKI. Journal of Thermal Science. 2009(01)
[9]基于界面跟踪方法的汽蚀模型和算法的有效性验证[J]. 李军,刘立军,丰镇平. 工程热物理学报. 2006(02)
[10]稳态声空化泡的高精度测量技术[J]. 刘亚楠,陈伟中,黄威,高贤娴,姜李安,徐俊锋,朱逸斐. 科学通报. 2005(22)
博士论文
[1]低温流体空化特性数值研究[D]. 马相孚.哈尔滨工业大学 2013
硕士论文
[1]汽蚀模型及湍流修正对非稳态汽蚀影响机理[D]. 张伟.浙江大学 2014
本文编号：3356675
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：144 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
刀因子基本模型
空化特征将由于增强的热效??应而变化。在Ｃｅｒｖｏｎｅ的实验中，在冷热水中出现空化现象如图１．３所示。在热??水的情况下（情况ａ），气泡比冷水（情况ｂ）小，并且更容易聚合。??除此之外，具有热效应的空化特性在不同流体中也会有所不同。例如，Ｇｅｌｄｅｒ??等［｜６］观察到沿文氏管壁氟利昂１１４?（１５°Ｃ）的空化流动较之液氮（－１９６°Ｃ）更加??剧烈和嘈杂，但液氮空化的前缘更不稳定并且周向发展更加不均匀。??國ｓ??（ａ）水?（ｂ）液氮??图１．２诱导轮空化（ａ）水（３０６Ｋ）及（ｂ）液氮（７９Ｋ）?［８６］??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?Ｃａｖｉｔａｔｉｎｇ?ｉｎｄｕｃｅｒ?ｉｎ?（ａ）?ｗａｔｅｒ?（３０６?Ｋ）?ａｎｄ?（ｂ）?ｌｉｑｕｉｄ
空化特征将由于增强的热效??应而变化。在Ｃｅｒｖｏｎｅ的实验中，在冷热水中出现空化现象如图１．３所示。在热??水的情况下（情况ａ），气泡比冷水（情况ｂ）小，并且更容易聚合。??除此之外，具有热效应的空化特性在不同流体中也会有所不同。例如，Ｇｅｌｄｅｒ??等［｜６］观察到沿文氏管壁氟利昂１１４?（１５°Ｃ）的空化流动较之液氮（－１９６°Ｃ）更加??剧烈和嘈杂，但液氮空化的前缘更不稳定并且周向发展更加不均匀。??國ｓ??（ａ）水?（ｂ）液氮??图１．２诱导轮空化（ａ）水（３０６Ｋ）及（ｂ）液氮（７９Ｋ）?［８６］??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?Ｃａｖｉｔａｔｉｎｇ?ｉｎｄｕｃｅｒ?ｉｎ?（ａ）?ｗａｔｅｒ?（３０６?Ｋ）?ａｎｄ?（ｂ）?ｌｉｑｕｉｄ
【参考文献】：
期刊论文
[1]三维液氮空化的大涡模拟和机理[J]. 徐璐,朱佳凯,谢黄骏,周芮,张小斌. 化工学报. 2016(S2)
[2]液氮汽蚀实验中低温热电偶的标定及误差分析[J]. 谢黄骏,朱佳凯,徐璐,陈建业,张小斌. 低温工程. 2016(04)
[3]文氏管中低温流体汽蚀过程可视化实验研究[J]. 赵东方,朱佳凯,徐璐,余柳,张小斌,陈建业,王宇辰. 低温工程. 2015(06)
[4]液氮绕水翼低温空化三维数值模拟计算(英文)[J]. 孙铁志,魏英杰,王聪,赵成功. 船舶力学. 2014(12)
[5]Validation of dynamic cavitation model for unsteady cavitating flow on NACA66[J]. ZHANG XiaoBin,ZHANG Wei,CHEN JianYe,QIU LiMin,SUN DaMing. Science China（Technological Sciences）. 2014(04)
[6]Modeling cavitation flow of cryogenic fluids with thermodynamic phase-change theory[J]. ZHANG XiaoBin,WU Zhao,XIANG ShiJun,QIU LiMin. Chinese Science Bulletin. 2013(Z1)
[7]Validation of full cavitation model in cryogenic fluids[J]. CAO XiaoLi, ZHANG XiaoBin, QIU LiMin & GAN ZhiHua Institute of Refrigeration and Cryogenics, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China. Chinese Science Bulletin. 2009(10)
[8]Periodical shedding of cloud cavitation from a single hydrofoil in high-speed cryogenic channel flow[J]. Yutaka ITO,Koichi SETO,Takao NAGASAKI. Journal of Thermal Science. 2009(01)
[9]基于界面跟踪方法的汽蚀模型和算法的有效性验证[J]. 李军,刘立军,丰镇平. 工程热物理学报. 2006(02)
[10]稳态声空化泡的高精度测量技术[J]. 刘亚楠,陈伟中,黄威,高贤娴,姜李安,徐俊锋,朱逸斐. 科学通报. 2005(22)
博士论文
[1]低温流体空化特性数值研究[D]. 马相孚.哈尔滨工业大学 2013
硕士论文
[1]汽蚀模型及湍流修正对非稳态汽蚀影响机理[D]. 张伟.浙江大学 2014
本文编号：3356675
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dongligc/3356675.html
