泡群溃灭的直接模拟及统计特性分析
空化是液体环境中常见的两相流动。空化现象十分复杂，属于多层次的泡动力学问题，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。大部分空化现象涉及泡群的溃灭。泡群溃灭中，气泡间的相互作用对泡群的整体溃灭过程、局部的高频压力脉冲、射流的形成等都有十分重要的影响。本文采用基于VOF的直接数值模拟方法，分别对1个泡、2-27个泡和百个量级的不可凝气泡的溃灭过程进行了模拟计算，着重关注泡间相互作用对气泡溃灭过程的影响，包括溃灭速率、高频压力脉冲、溃灭时间等。 单泡溃灭过程中，外部驱动压力将驱使气泡内外形成负压梯度，从而使气泡半径收缩。随着气泡体积的缩小，泡内压力增大。溃灭后期，当气泡内部压力超过外部高压时，在气泡内外形成正压梯度，从而抑制气泡体积的缩小，溃灭速率减慢，最后达到最小体积。同时，泡内压力达到最大峰值。 周围存在其他气泡时，气泡的溃灭过程明显不同于单泡。周围气泡的存在将延迟气泡的溃灭过程，同时增大溃灭时达到的泡内压力峰值。理论定性分析发现，周围存在其他气泡时，气泡运动不单受远场压力的驱动，还受周围气泡诱导的压力场的影响。周围气泡溃灭时，其诱导压力先减小后增大，从而使中心气泡的溃灭过程产生先延迟后加速的特征。定量分析表明，随着气泡间距的减小或周围气泡数的增多，气泡的溃灭时间增长，溃灭时的压力峰值增大，溃灭过程的延迟和局部加速特征明显。 上百个泡的泡群溃灭过程中，外侧的气泡先发生溃灭，随后压力从外部向泡群内部增长，导致内部气泡的溃灭。不同排列方式下，泡群的溃灭过程比较相似，但规则排列的泡群的溃灭过程更快，溃灭时间更短。定量分析表明，气泡数密度的增大，将导致气泡间的相互作用的增强，从而使泡群溃灭时间增长。
液体环境;空化现象;泡群溃灭;数值模拟;溃灭速率;高频压力脉冲
浙江大学
硕士
流体力学
邵雪明;张凌新
2013
中文
O427.4
75
2014-07-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）