复杂空化泡在声场中振荡的稳定性分析

发布时间：2023-04-26 18:36

　　空化泡在外部声场的作用下会发生泡壁稳定性变化,这种稳定性变化在水力机械、噪声控制、生物医学等领域有重要作用。例如,当空化泡在水轮机叶片表面附近破灭时,其内部产生的微射流会对金属壁面造成冲击、伤害,甚至产生裂痕。而空化泡的表面在不断膨胀、缩小的过程中也会产生压力脉冲,引起局部、甚至全局流动状态的变化,影响水力机械的运行。空化泡的稳定性反映了空化泡自身维持稳定振荡的状态,主要分为四类:球形稳定性、刚度稳定性、扩散稳定性以及位置稳定性。前三种稳定性均与空化泡的径向运动模式有关,而位置稳定性指空化泡在声场中的空间位置变化,因此在本文不做讨论。文献调研显示,针对多种复杂空化泡表面稳定性及其所涉及的传质扩散过程的研究并不充分。本文通过理论分析和数值建模研究了多种复杂空化泡(蒸汽泡、非凝结气体泡及汽气混合泡)在牛顿流体(如水)中的振荡特性及其稳定性状态,其结果对水力机械的稳定运行等领域有重要的指导意义。首先,针对空化泡的振荡模型,本文推导了完整的复杂空化泡径向运动方程。该方程考虑了传质作用和流体可压缩性对于空化泡泡壁运动的影响。采用小扰动法对完整的空化泡运动方程进行求解,进而得到了传质作用及多种耗散...

【文章页数】：151 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
术语表
第1章 绪论
    1.1 复杂空化泡稳定性的研究目的和意义
    1.2 复杂空化泡的稳定性及研究现状
        1.2.1 球形稳定性
        1.2.2 刚度稳定性
        1.2.3 扩散稳定性
        1.2.4 位置稳定性
    1.3 论文主要研究内容
第2章 复杂空化泡振荡的基本理论模型
    2.1 声场中的空化泡振荡模型
    2.2 声空化稳定性模型及推导
        2.2.1 球形稳定性
        2.2.2 刚度稳定性
    2.3 本章小结
第3章 蒸汽泡在牛顿流体中的振荡特性
    3.1 蒸汽泡耗散的理论模型
    3.2 蒸汽泡振荡过程中的耗散机制
        3.2.1 蒸汽泡总耗散的变化
        3.2.2 蒸汽泡耗散的组分分析
        3.2.3 蒸汽泡耗散机理的影响因素
    3.3 蒸汽泡的热力学多变指数
    3.4 蒸汽泡的自然频率
    3.5 蒸汽泡表面无量纲温度变化
    3.6 本章小结
第4章 蒸汽泡的球形与刚度稳定性
    4.1 蒸汽泡的稳定性边界
    4.2 蒸汽泡的稳定性影响因素
        4.2.1 空化泡半径
        4.2.2 声场频率
    4.3 频率极限下的稳定性
    4.4 本章小结
第5章 汽气混合气体泡的球形与刚度稳定性
    5.1 汽气混合气体泡与非凝结气体泡、蒸汽泡的稳定性比较
    5.2 汽气混合气体泡稳定性的外部影响因素
        5.2.1 声场声压幅值
        5.2.2 声场频率
        5.2.3 流体温度
    5.3 汽气混合气体泡稳定性的内部影响因素
        5.3.1 汽气混合气体泡的半径
        5.3.2 气混合气体泡的组成成分
        5.3.3 汽气混合气体泡的谐波阶次
    5.4 汽气混合气体泡的稳定性边界
    5.5 汽气混合气体泡在频率极限下的稳定性
    5.6 本章小结
第6章 非凝结气体泡的扩散稳定性
    6.1 非凝结气体泡的扩散稳定性的理论模型
    6.2 非凝结气体泡的修正扩散模型的实验验证
    6.3 非凝结气体泡的稳定性状态
    6.4 非凝结气体泡稳定性的影响因素
        6.4.1 非凝结气体饱和度
        6.4.2 外部声场角频率
        6.4.3 非凝结气体泡的平衡半径
    6.5 本章小结
第7章 结论与展望
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
攻读博士学位期间参加的科研工作
致谢
作者简介



本文编号：3802001