空化泡相互作用及运动特性分析
空化是液体环境中常见的两相流动。空化现象十分复杂，具有非定常性、高非线性等许多特点，并且涉及相变过程，人们对其机理还缺乏全面的认识。空化泡溃灭中，各种边界以及气泡间的相互作用对空化泡的溃灭过程有十分重要的影响。本文釆用基于VOF的数值计算方法，分别对不同壁面附近单空化泡溃灭运动特性及双空化泡相互作用进行模拟计算，并采用火花电解泡手段进行实验验证，研究了边界以及泡间相互作用对气泡溃灭过程的影响，包括溃灭形态、溃灭射流、溃灭时间、溃灭相移等。 本研究主要内容包括：⑴单空化泡在无限液体域中，溃灭基本保持球形形态，且在溃灭至体积最小时刻，其内部压力达到极大值；在固壁面附近溃灭时，空化泡远离固壁面端，随溃灭时间的增加，泡壁逐渐凹陷，产生面向固壁面的射流，固壁面最终被所产生的射流击穿，且该现象随泡心初始位置距离固壁面间距的减小而增强；单空化泡在自由边界附近的溃灭过程中，空化泡距自由边界近端泡壁发生凹陷，最终被溃灭产生的远离自由边界的射流击穿，自由边界出现向上凸起现象，且此种现象表现出随空化泡泡心初始位置距离自由边界间距的减小而增强的变化规律。⑵不同泡间距影响下双空化泡的溃灭过程中，溃灭后期双泡被射流击穿，形成三维圆环形态；溃灭过程后期生成对向高速射流，速度可达100m/s以上，且随双泡初始泡间距增大而逐渐减小；同时在泡间相互作用以及后期射流牵引力的作用下，在双泡溃灭过程中，双泡之间泡心间距表现为随溃灭进程的发展，其值逐渐减小，而双泡在不同初始泡间距作用下，双泡相互接近程度随双泡初始泡间距增大而减小。⑶不同相位差影响下双空化泡的溃灭过程中，对于同相位双空化泡溃灭，在双泡间Bjerknes力的作用下，产生对称性泡形溃灭形态和射流。溃灭时刻，射流表现为指向对方，泡间距出现最小值，溃灭时间最长。而随着相位差的增大，双泡之间溃灭产生射流的方向出现反向，表现为背离对方，溃灭时刻泡间距由小逐渐变大，双泡的溃灭时间出现递减现象。
气液两相流;空化泡溃灭;射流击穿;流体力学
中国矿业大学
硕士
机械电子工程
刘秀梅
2017
中文
O359;O351
82
2018-11-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）