空蚀过程中不同损伤形式及“彩虹环”形成机理研究

发布时间：2017-05-18 06:19

  本文关键词：空蚀过程中不同损伤形式及“彩虹环”形成机理研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：空蚀是水力机械的主要破坏形式,主要表现为微射流冲击破坏及因热效应带来的高温破坏。但由于空蚀现象的复杂性,其机理或本质仍是颇具争议的问题。本文通过结合实验和数值计算,对三种类型材料,即脆性材料(石英玻璃)、塑性材料(聚四氟乙烯-PTFE)和弹塑性材料(Q235钢)进行空蚀损伤形式及钢材料表面“彩虹环”现象的研究,为认识不同类型材料的抗空蚀能力和探索空蚀过程中局部热效应的形成机理提供了新的理论和实验依据。其主要创新点是基于热-固耦合机理模拟了“彩虹环”的形成过程,得到温度区域分布特征、最高温度值及位置等信息,并获得试验验证。本文研究表明,数值计算结果与实验结果吻合较好。其主要结论如下：不同空蚀损伤形式的形成取决于具有不同物理性质的材料在瞬时大载荷冲击下的晶体结构变化和失效模式：“彩虹环”是钢材料空蚀破坏热效应的独特表现,实验介质中是否含有颗粒等物质会影响蚀坑大小和“彩虹环”尺寸颜色；同时,“彩虹环”区域形状为半球形,曾经历的温度高达1380℃至1450℃,最高温度位置处于应力集中点而不是在弹塑性变形最大点(即蚀坑底部),一定程度上说明“彩虹环”是材料极短时间内大量塑性形变和应力波共同作用的结果。
【关键词】：空蚀 局部热效应 “彩虹环” 损伤形式 热-固耦合
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TV136
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-13
• 1 绪论13-21
• 1.1 空化和空蚀现象13-15
• 1.2 国内外空蚀研究现状15-19
• 1.2.1 空蚀损伤形式研究15-17
• 1.2.2 空蚀热效应研究17-19
• 1.3 研究内容和创新点19-20
• 1.4 本章小结20-21
• 2 不同材料的空蚀损伤形式及“彩虹环”形成21-37
• 2.1 空蚀实验设备21-28
• 2.1.1 空化发生装置分类21-22
• 2.1.2 超声振动空化发生装置22-23
• 2.1.3 试样性质及尺寸23-25
• 2.1.4 实验检测手段25-28
• 2.2 实验结果28-36
• 2.2.1 石英玻璃空蚀损伤的实验结果28-29
• 2.2.2 PTFE空蚀损伤的实验结果29-30
• 2.2.3 Q235空蚀损伤的实验结果30-36
• 2.3 本章小结36-37
• 3 不同材料空蚀破坏的数值研究37-52
• 3.1 计算软件和模型假设37
• 3.2 微射流冲击固体壁面的特性37-42
• 3.2.1 超声空化场的声强和声压37-38
• 3.2.2 微射流的冲击速度38-39
• 3.2.3 圆头射流冲击平面的迟滞效应39-40
• 3.2.4 微射流冲击固体壁面的压力特性40-42
• 3.3 几何模型及网格划分42-45
• 3.3.1 初始模型建立42-43
• 3.3.2 边界条件、网格及时间步长43-44
• 3.3.3 网格独立性检验44-45
• 3.4 空蚀损伤形式的数值结果分析45-51
• 3.4.1 石英玻璃空蚀损伤的数值结果45-46
• 3.4.2 PTFE空蚀损伤的数值结果46-48
• 3.4.3 Q235钢空蚀损伤的数值结果48-51
• 3.5 本章小结51-52
• 4 “彩虹环”形成机理的数值研究52-62
• 4.1 热-固耦合机理52-54
• 4.1.1 热源计算52-53
• 4.1.2 Johnson-Cook模型53
• 4.1.3 热传递方式53-54
• 4.2 边界条件及步长设置54-55
• 4.3 “彩虹环”的数值计算结果分析55-61
• 4.3.1 数值“彩虹环”形貌及温度特征55-57
• 4.3.2 应力波理论57-58
• 4.3.3 数值“彩虹环”最高温度及其位置58-61
• 4.4 本章小结61-62
• 5 总结与展望62-65
• 5.1 总结62-64
• 5.2 展望64-65
• 参考文献65-70
• 作者简历70

【参考文献】

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本文编号：375303