受限域内的空泡行为研究
发布时间：2022-01-14 06:54
空化（Cavitation）是一种相变过程,当液体中局部压力低于当前温度下的液体饱和蒸气压时,局部的液体转变为蒸气,形成以蒸气为主的空泡。当外部压力变化时,空泡产生膨胀、收缩、渍灭等行为,空泡的行为变化伴随产生射流、激波等物理现象。随着空泡周围限制域的不同,空泡行为的变化方式也不尽相同,尤其是限制域的几何外形和物理性质决定着空泡的行为。目前对空泡的研究集中在自由域和壁面附近的空泡运动学问题,但对于管道内的空泡行为研究较少,而实际工程中,空泡往往出现在受限域附近,比如液压阀、泵内的空化现象。因此受限域内的空泡行为研究对于空泡动力学认识、空化预防和应用有着重要的意义。为此本文从实验现象出发,通过流场可视化、压力采集、理论分析、数值计算等手段,对不同类型管道内的单空泡和双空泡行为开展了较为系统和深入的研究。对圆形截面的刚性管和弹性管内的空泡进行研究,实验观察到管内的二次空化现象,得到了二次空化与一次空化之间的位置关系和周期关系,基于水锤压力模型定量分析了管道参数对二次空化的影响。分析了含气柱管内的空泡变形过程,基于阶梯压力模型建立了气柱与空泡耦合作用的控制方程,定量分析了气柱数量、位置和空泡...
【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】：134 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．?１自由域内单空泡１＇Ｗｌ??
域内以及刚性壁面附近的同步与不同步激发空泡间的相互作用。Ｃｈｅｗ等［７４＇７５］对双空泡干??涉现象进行了实验研究，通过高速摄像技术拍摄电火花激发的双空泡间的相互干涉行为。??发现空泡干涉行为可以分为四类：空泡融合、对向射流、反向射流和弹弓效应（图１．２从??上至下）。空泡距离较近时，两个空泡融合形成一个大空泡，空泡距离较远时，空泡的溃灭??射流会有三种形式。??響咽??图１．?２双空泡干涉行为１７４１??７??
影响双空泡干涉行为的因素主要分为两个：一是距离因素（空泡半径大小及其间距）、??二是时间因素（空泡起始时间、溃灭时间和周期）。依据这两个影响参数对空泡干涉行为??进行统计并划分出了图１．３所示的区域分布图，图中横坐标为无量纲距离，纵坐标为无量??纲时间，不同空泡尺寸和距离下的双空泡相互作用区分为四种不同的空泡运动形式。空泡??间距和相位差较大时，空泡的溃灭射流方向远离彼此。??Ｘ?ｃａｔａｐｕｌｔ?〇?ｃｏａｌｅｓｃｅ?口?ｉｅｔ?ａｗａｙ?Ｘ?ｊｅｔ?ｔｏｗａｒｄｓ??１．０?－??＾?０．８?－??Ｓ?ｘ??ｉ?０．４?Ｉｄ?ｄ??ａ＞?□??不?□?□一－一??＾０－２?－?Ｘ?Ｘ??〇．〇?ｉ－ｅ??ｘ?，?＃——??０．０?０．５?１．０?１．５?２．０??ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｌｅｓｓ?ｄｉｓｔａｎｃｅ?ｙ??图１．３自由域内双空泡相互干涉１７４１??Ｐｅｌｅｋａｓｉｓ［７６，７７］研究了?Ｂｊｅｒｋｎｅｓ力引起的双空泡变形与运动，其中空泡同相振荡时相互??吸引，反相振荡时相互排斥，剧烈的空泡振荡和溃灭，会引起空泡的分裂。Ｌａｕｔｅｒｂｏｍ［７８］??从两个激光空泡的相互作用出发，研究尺寸的差异对空泡相互作用的影响，分析空泡溃灭??形成空泡涡环和噪声信号产生的自同步性问题。Ｆｏｎ?ｇ［７９ｌ对有时间相位差的双空泡和三空泡??相互作用进行了实验研究，并对三空泡行为进行了?ＢＥＭ数值仿真，统计出了不同间距和??不同相位差下的空泡相互作用行为
【参考文献】：
期刊论文
[1]空泡在管道中的动力学行为研究[J]. 徐明,胡国良,邹俊,吉晨. 水动力学研究与进展A辑. 2014(04)
[2]Particle removal by a single cavitation bubble[J]. XU Ming,JI Chen,ZOU Jun,RUAN XiaoDong,FU Xin. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2014(04)
[3]激光诱导双空泡声波特性研究[J]. 李胜勇,刘涛,王江安,宗思光. 光电子.激光. 2012(12)
[4]Experimental and numerical study on the growth and collapse of a bubble in a narrow tube[J]. Bao-Yu Ni,A-Man Zhang,Qian-Xi Wang,Bin Wang. Acta Mechanica Sinica. 2012(05)
[5]激光空泡在近自由液面运动特性的实验研究[J]. 刘涛,王江安,宗思光,梁善永. 光学学报. 2012(07)
[6]气泡与自由液面相互作用的实验研究[J]. 张阿漫,王超,王诗平,程晓达. 物理学报. 2012(08)
[7]水中气泡溃灭的理论与数值研究[J]. 张凌新,尹琴,邵雪明. 水动力学研究与进展A辑. 2012(01)
[8]黏性液体中空泡动力学的数值模拟研究[J]. 赵巧,许友谊. 中国农村水利水电. 2011(04)
[9]不同环境下气泡脉动特性实验研究[J]. 张阿漫,王诗平,白兆宏,黄超. 力学学报. 2011(01)
[10]双超声空泡相互作用研究[J]. 曹玉叶,林书玉,张鹏利,方由艳. 陕西师范大学学报(自然科学版). 2010(04)
博士论文
[1]受限制空间内的气泡行为数值与实验研究[D]. 吉晨.浙江大学 2013
[2]近壁面空泡的可视化实验研究[D]. 徐明.浙江大学 2013
本文编号：3588033
【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】：134 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．?１自由域内单空泡１＇Ｗｌ??
域内以及刚性壁面附近的同步与不同步激发空泡间的相互作用。Ｃｈｅｗ等［７４＇７５］对双空泡干??涉现象进行了实验研究，通过高速摄像技术拍摄电火花激发的双空泡间的相互干涉行为。??发现空泡干涉行为可以分为四类：空泡融合、对向射流、反向射流和弹弓效应（图１．２从??上至下）。空泡距离较近时，两个空泡融合形成一个大空泡，空泡距离较远时，空泡的溃灭??射流会有三种形式。??響咽??图１．?２双空泡干涉行为１７４１??７??
影响双空泡干涉行为的因素主要分为两个：一是距离因素（空泡半径大小及其间距）、??二是时间因素（空泡起始时间、溃灭时间和周期）。依据这两个影响参数对空泡干涉行为??进行统计并划分出了图１．３所示的区域分布图，图中横坐标为无量纲距离，纵坐标为无量??纲时间，不同空泡尺寸和距离下的双空泡相互作用区分为四种不同的空泡运动形式。空泡??间距和相位差较大时，空泡的溃灭射流方向远离彼此。??Ｘ?ｃａｔａｐｕｌｔ?〇?ｃｏａｌｅｓｃｅ?口?ｉｅｔ?ａｗａｙ?Ｘ?ｊｅｔ?ｔｏｗａｒｄｓ??１．０?－??＾?０．８?－??Ｓ?ｘ??ｉ?０．４?Ｉｄ?ｄ??ａ＞?□??不?□?□一－一??＾０－２?－?Ｘ?Ｘ??〇．〇?ｉ－ｅ??ｘ?，?＃——??０．０?０．５?１．０?１．５?２．０??ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｌｅｓｓ?ｄｉｓｔａｎｃｅ?ｙ??图１．３自由域内双空泡相互干涉１７４１??Ｐｅｌｅｋａｓｉｓ［７６，７７］研究了?Ｂｊｅｒｋｎｅｓ力引起的双空泡变形与运动，其中空泡同相振荡时相互??吸引，反相振荡时相互排斥，剧烈的空泡振荡和溃灭，会引起空泡的分裂。Ｌａｕｔｅｒｂｏｍ［７８］??从两个激光空泡的相互作用出发，研究尺寸的差异对空泡相互作用的影响，分析空泡溃灭??形成空泡涡环和噪声信号产生的自同步性问题。Ｆｏｎ?ｇ［７９ｌ对有时间相位差的双空泡和三空泡??相互作用进行了实验研究，并对三空泡行为进行了?ＢＥＭ数值仿真，统计出了不同间距和??不同相位差下的空泡相互作用行为
【参考文献】：
期刊论文
[1]空泡在管道中的动力学行为研究[J]. 徐明,胡国良,邹俊,吉晨. 水动力学研究与进展A辑. 2014(04)
[2]Particle removal by a single cavitation bubble[J]. XU Ming,JI Chen,ZOU Jun,RUAN XiaoDong,FU Xin. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2014(04)
[3]激光诱导双空泡声波特性研究[J]. 李胜勇,刘涛,王江安,宗思光. 光电子.激光. 2012(12)
[4]Experimental and numerical study on the growth and collapse of a bubble in a narrow tube[J]. Bao-Yu Ni,A-Man Zhang,Qian-Xi Wang,Bin Wang. Acta Mechanica Sinica. 2012(05)
[5]激光空泡在近自由液面运动特性的实验研究[J]. 刘涛,王江安,宗思光,梁善永. 光学学报. 2012(07)
[6]气泡与自由液面相互作用的实验研究[J]. 张阿漫,王超,王诗平,程晓达. 物理学报. 2012(08)
[7]水中气泡溃灭的理论与数值研究[J]. 张凌新,尹琴,邵雪明. 水动力学研究与进展A辑. 2012(01)
[8]黏性液体中空泡动力学的数值模拟研究[J]. 赵巧,许友谊. 中国农村水利水电. 2011(04)
[9]不同环境下气泡脉动特性实验研究[J]. 张阿漫,王诗平,白兆宏,黄超. 力学学报. 2011(01)
[10]双超声空泡相互作用研究[J]. 曹玉叶,林书玉,张鹏利,方由艳. 陕西师范大学学报(自然科学版). 2010(04)
博士论文
[1]受限制空间内的气泡行为数值与实验研究[D]. 吉晨.浙江大学 2013
[2]近壁面空泡的可视化实验研究[D]. 徐明.浙江大学 2013
本文编号：3588033
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