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Effect of cavitation bubble collapse on hydraulic oil temperature 被引量:2
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作者 沈伟 张健 +2 位作者 孙毅 张迪嘉 姜继海 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2016年第7期1657-1668,共12页
Cavitation bubble collapse has a great influence on the temperature of hydraulic oil. Herein, cone-type throttle valve experiments are carried out to study the thermodynamic processes of cavitation. First, the process... Cavitation bubble collapse has a great influence on the temperature of hydraulic oil. Herein, cone-type throttle valve experiments are carried out to study the thermodynamic processes of cavitation. First, the processes of growth and collapse are analysed, and the relationships between the hydraulic oil temperature and bubble growth and collapse are deduced. The effect of temperature is then considered on the hydraulic oil viscosity and saturated vapour pressure. Additionally, an improved form of the Rayleigh–Plesset equation is developed. The effect of cavitation on the hydraulic oil temperature is experimentally studied and the effects of cavitation bubble collapse in the hydraulic system are summarised. Using the cone-type throttle valve as an example, a method to suppress cavitation is proposed. 展开更多
关键词 cavitation bubble collapse hydraulic oil temperature Rayleigh-Plesset equation cone-type throttle valve
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声场驱动下双空化泡相互作用泡壁运动方程求解及分析
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作者 李浩 张宇宁 《排灌机械工程学报》 北大核心 2025年第6期580-587,611,共9页
为了深入理解超声空化在流体工程领域中的应用原理,探究了声场驱动下双空化泡的相互作用规律及影响机理.首先,基于描述单空化泡泡壁运动的Keller-Miksis方程,理论研究了在声场驱动下可压缩流体中双空化泡相互作用的泡壁运动方程组,并采... 为了深入理解超声空化在流体工程领域中的应用原理,探究了声场驱动下双空化泡的相互作用规律及影响机理.首先,基于描述单空化泡泡壁运动的Keller-Miksis方程,理论研究了在声场驱动下可压缩流体中双空化泡相互作用的泡壁运动方程组,并采用小扰动法得到了其二阶近似解.其次,通过对比二阶近似解和一阶近似解,揭示了二阶项对空化泡瞬时半径的影响规律.最后,分析了等大双空化泡情况下声场频率和空化泡量纲一距离对二阶解的影响规律.结果表明,随着空化泡平衡半径的增大,二阶项振幅出现了2个峰值,分别是由于空化泡的自然频率接近声场频率的2倍和1倍产生的.该双峰值能够真实反映双空化泡在声场中相互吸引的作用情况,且声场频率的改变使双峰值发生了明显偏移,并使峰值略微增加.随着空化泡量纲一距离的增加,峰值略微增大且左移,并在第2个峰值点后振幅下降的速率增大. 展开更多
关键词 相互作用空化泡 泡壁运动方程 瞬时空化泡半径 声场驱动 声场频率
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基于趋势突变检验的螺旋桨梢涡空化初生预报方法
3
作者 韦喜忠 王永帅 +1 位作者 陈奕宏 季斌 《力学学报》 北大核心 2025年第3期605-615,共11页
梢涡空化是船用螺旋桨上最早发生的空化类型之一,其一旦发生会显著增强舰船水下噪声水平.因此,随着现代舰船对航速和声隐身性的要求不断提高,对于与舰船临界航速密切相关的螺旋桨梢涡空化初生的精准预报需求也变得日益迫切.而现阶段常... 梢涡空化是船用螺旋桨上最早发生的空化类型之一,其一旦发生会显著增强舰船水下噪声水平.因此,随着现代舰船对航速和声隐身性的要求不断提高,对于与舰船临界航速密切相关的螺旋桨梢涡空化初生的精准预报需求也变得日益迫切.而现阶段常用的单相最小压力系数法和两相空化模型法不仅无法充分考虑水中气核效应,还具有明显的网格依赖性,难以对螺旋桨梢涡的初生空化数进行精准预报.为弥补现有预报方法的不足,本研究在考虑气核效应的流场模拟方法基础上,建立了基于趋势突变检验的螺旋桨梢涡初生空化数的预报方法.首先以由螺旋桨桨叶简化而来的椭圆翼为研究对象针对该方法中空化泡判定标准和初始气核数量两个主观因素进行敏感性分析,较为系统验证了该预报方法具有优异的鲁棒性.并在此基础上,初步探究了来流速度对梢涡卷吸捕获气核能力的影响.研究表明,在空化初生工况下,来流速度越大使得气核就越难以被梢涡流场捕获后生长成为空化泡.最后进一步地将该方法应用于螺旋桨的梢涡空化初生的预报研究中.结果表明,相较于传统最小压力系数法,本方法精度能提高80%以上,优势明显. 展开更多
关键词 数值模拟 气泡动力学 突变检验 梢涡空化初生 螺旋桨
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带凸起壁面附近空化泡溃灭动力学研究
4
作者 刘雅斌 王雨非 +3 位作者 马少武 郭子通 王笑语 张宇宁 《核科学与工程》 北大核心 2025年第2期273-282,共10页
在水力机械中,空化侵蚀常对壁面造成损伤而诱导形成不平整壁面。本文通过高速摄影系统和Kelvin冲量理论对带双半球凸起壁面附近的空泡动力学行为进行了研究,重点分析了空泡位于对称位置情况下的空泡溃灭形态演化特征,定量探讨了核心参... 在水力机械中,空化侵蚀常对壁面造成损伤而诱导形成不平整壁面。本文通过高速摄影系统和Kelvin冲量理论对带双半球凸起壁面附近的空泡动力学行为进行了研究,重点分析了空泡位于对称位置情况下的空泡溃灭形态演化特征,定量探讨了核心参数对泡壁收缩速度及空泡受到的Kelvin冲量强度的影响。研究发现:(1)在凸起和壁面的共同影响下,空泡在溃灭阶段会呈现为钟形、卵形、锥形、子弹形四种典型形态;(2)相较于远壁侧,近壁侧的泡壁收缩速度更小。随着凸起半径增大或两凸起间距减小,空泡近壁侧和远壁侧的泡壁速度差异在逐渐增大;(3)空泡受到的Kelvin冲量强度在凸起半径增大、凸起间距减小或空泡与壁面间距减小的情况下,会呈现增大的趋势。 展开更多
关键词 空化泡 泡动力学 不平整壁面 高速摄影 Kelvin冲量
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平行平板狭缝附近空泡动力学的实验研究
5
作者 扈庆祎 张程 +2 位作者 郭子通 王笑语 张宇宁 《华北电力大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第3期134-142,共9页
狭缝中的空泡在微流体控制和泵送中有着广泛的应用。然而,在狭缝和外部自由流体空间交界面附近的空泡动力学行为尚不清楚。利用高速摄影实验系统,对交界面附近激光诱导空泡的溃灭和回弹行为进行了实验观察。通过改变空泡形心与交界面之... 狭缝中的空泡在微流体控制和泵送中有着广泛的应用。然而,在狭缝和外部自由流体空间交界面附近的空泡动力学行为尚不清楚。利用高速摄影实验系统,对交界面附近激光诱导空泡的溃灭和回弹行为进行了实验观察。通过改变空泡形心与交界面之间的无量纲距离,研究了空泡的变形和平移运动过程。研究发现:(1)受交界面影响,空泡具有明显的各向异性变形和平移。在空泡溃灭阶段,当空泡与交界面的距离较小时,狭缝外部的空泡表面溃灭速度更快。(2)随着无量纲距离的增加,空泡在溃灭阶段各方向的速度差异呈先增后减的变化趋势,空泡形心位移的变化趋势也是如此。(3)随着无量纲距离的增大,在回弹阶段,空泡云团的形状和膨胀范围也有显著差异,空泡右端点的膨胀方向发生明显变化。 展开更多
关键词 空化 泡动力学 微流体控制 狭缝 高速摄影
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球形颗粒附近空化泡的动力学分析
6
作者 杨涵硕 王德喜 +3 位作者 陈功 杨亚丽 姜久闯 于红蕾 《沈阳工业大学学报》 北大核心 2025年第1期67-72,共6页
【目的】空化是一种自然界存在的物理现象,空化的产生出现在多个领域,包括材料学、地质学和生物学等。早期空化研究是为了避免其带来的不利影响,比如细胞功能下降、岩石破裂、水力机械的材料空蚀损坏和动力性能恶化等。然而人们逐渐发... 【目的】空化是一种自然界存在的物理现象,空化的产生出现在多个领域,包括材料学、地质学和生物学等。早期空化研究是为了避免其带来的不利影响,比如细胞功能下降、岩石破裂、水力机械的材料空蚀损坏和动力性能恶化等。然而人们逐渐发现空化在多个领域中具有积极应用,比如强化材料、促进化学反应合成、去除难降解有机污染物等。研究空化泡在近壁面附近的溃灭过程,可以更好地了解空化泡溃灭对壁面的作用机制,从而在多领域应用中更好地利用空化效应。壁面包括凹面、凸面、锥面、不规则面等,球形颗粒表面属于凸面的一种。采用空化技术处理含油污泥,可以显著提高回油率,实现油泥资源化处理。空化破解油泥的机理是空化泡在油泥颗粒表面溃灭时,产生高温高压及高速射流,有利于油与固体颗粒的分离,实现油的回收再利用。【方法】研究球形颗粒附近空化泡溃灭的动力学行为,探究空化泡溃灭的演化过程,进而分析颗粒与空化泡之间的距离和颗粒尺寸对颗粒-空化泡相互作用的影响机制。利用质量、动量和能量守恒原理描述空化泡动力学行为,采用流体体积法对泡壁拓扑结构的变化进行精确界面捕捉,利用ANSYS软件数值模拟了空化泡在球形颗粒附近的溃灭过程。【结果】空化泡在球形颗粒附近随着时间变化逐渐发生溃灭,其溃灭形态受到距离参数和尺寸参数的影响。空化泡坍塌瞬间会形成指向颗粒的微射流与高温高压极端环境。【结论】当球形颗粒距离空化泡距离较近时,空化泡呈现梨形坍塌;当距离较远时,空化泡呈现球形坍塌。当距离参数减小或颗粒尺寸增大时,球形颗粒边壁受到的最大压力增大;当距离参数减小或尺寸参数减小时,空化泡形成的最大射流速度增大,颗粒边壁处最大温度增大。较大尺寸颗粒附近空化泡溃灭时间更长,且受距离参数影响较大。空化泡距离越远,溃灭时间越长。 展开更多
关键词 空化 空化泡 球形颗粒 流体体积法 动力学 数值模拟 射流速度 溃灭时间
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基于格子玻尔兹曼方法的附壁型空化泡演化模拟 被引量:3
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作者 袁浩 詹蝶 +1 位作者 宋翔 孙倩 《水利水电科技进展》 CSCD 北大核心 2024年第4期7-13,共7页
依托热流耦合格子玻尔兹曼方法,探究了壁面润湿性与液相黏滞系数对附壁型空化泡演化的影响,并基于双粒子分布函数的热流耦合伪势LBM空化模型对接触点开展了受力分析。结果表明:对于润湿性壁面,演化过程中动态接触角持续大于平衡态接触角... 依托热流耦合格子玻尔兹曼方法,探究了壁面润湿性与液相黏滞系数对附壁型空化泡演化的影响,并基于双粒子分布函数的热流耦合伪势LBM空化模型对接触点开展了受力分析。结果表明:对于润湿性壁面,演化过程中动态接触角持续大于平衡态接触角,导致其产生的非平衡杨氏力在空化泡生长期间产生迟滞效应,而在溃灭期间则加速了接触点的坍缩;对于非润湿性界面,非平衡杨氏力引发的迟滞效应在溃灭初期减缓了空化泡接触点的坍缩,而在最终溃灭阶段由于界面的剧烈形变,非平衡杨氏力加速了接触点坍缩;溃灭时刻微射流体积与平衡态接触角的余弦函数之间存在指数关系;黏滞系数增大会减小微射流体积,同时延长空化泡演化时间。 展开更多
关键词 附壁型空化泡 接触点动力机制 壁面润湿性 黏滞系数 格子玻尔兹曼方法
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柱形空泡动力学研究综述
8
作者 席新铭 边豪杰 +1 位作者 王笑语 张宇宁 《核科学与工程》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期428-436,共9页
空化现象是核工程领域的重要研究内容,而柱形空泡动力学是其前沿方向。本文从理论和实验两个方面对柱形空泡的研究进展进行了综述。首先,本文从流体力学基本方程出发,对三种典型形式的柱形空泡动力学方程进行了详细的推导和系统的整理... 空化现象是核工程领域的重要研究内容,而柱形空泡动力学是其前沿方向。本文从理论和实验两个方面对柱形空泡的研究进展进行了综述。首先,本文从流体力学基本方程出发,对三种典型形式的柱形空泡动力学方程进行了详细的推导和系统的整理。然后,对这三种柱形泡动力学方程进行了比较,指出了它们在方程的形式和适用范围上的差别。此外,文章分析了方程中一些重要参数对方程预测结果的影响。实验研究方面,本文展示了柱形空泡典型的高速摄影图片以及空泡半径随时间的变化。通过将实验结果与理论结果进行对比,发现二者具有良好的一致性。 展开更多
关键词 空化 柱形空泡 泡动力学方程 高速摄影
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直角凸壁面附近非对称位置的空泡动力学行为实验研究
9
作者 席新铭 张程 +2 位作者 王笑语 李肖飞 张宇宁 《核科学与工程》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期602-612,共11页
空化破坏现象在核电厂中广泛存在。为了更深入地揭示空化破坏的机理,本文借助高速摄影实验系统,研究了直角凸壁面附近非对称位置空泡的动力学行为。具体分析了空泡的轮廓变形,形心的移动距离和方向,以及空泡射流的方向随着空泡与壁面相... 空化破坏现象在核电厂中广泛存在。为了更深入地揭示空化破坏的机理,本文借助高速摄影实验系统,研究了直角凸壁面附近非对称位置空泡的动力学行为。具体分析了空泡的轮廓变形,形心的移动距离和方向,以及空泡射流的方向随着空泡与壁面相对位置d、h的变化规律。本文主要结论如下:(1)空泡的变形与空泡和固体壁面的相对位置d、h有关。随着空泡与右壁面的距离d的增大,空泡的非对称性越来越弱。随着空泡与上壁面的距离h的增大,在整个空泡的动力学过程中空泡的非球形特征逐渐减弱。(2)在空泡的溃灭和再生长过程中,空泡形心会持续地向左下方移动,且形心向左移动的距离随着d和h的增大而明显减小。(3)当空泡与上壁面的距离h适当时,会产生明显的斜向左下方的射流现象,且射流方向角θ随着d的增大而增大。 展开更多
关键词 空泡动力学行为 直角凸壁面 空泡移动 射流现象
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基于EFEM和气泡统一方程的双气泡耦合效应研究 被引量:2
10
作者 许流逸 李世民 +2 位作者 王诗平 刘云龙 张阿漫 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2024年第7期835-849,共15页
基于Euler有限元方法(EFEM),建立了双气泡水下脉动轴对称数值模型,通过与气泡统一方程和实验结果的对比,该模型的准确性和网格的收敛性得到了充分验证.计算结果表明,相比其他气泡理论,气泡统一方程对气泡动力学行为和流场中压力载荷的... 基于Euler有限元方法(EFEM),建立了双气泡水下脉动轴对称数值模型,通过与气泡统一方程和实验结果的对比,该模型的准确性和网格的收敛性得到了充分验证.计算结果表明,相比其他气泡理论,气泡统一方程对气泡动力学行为和流场中压力载荷的预测更为准确.结合EFEM和气泡统一方程,研究了浮力参数δ和强度参数ε对双气泡耦合规律的影响.当δ≤0.15时,上气泡在下气泡的作用下会产生垂直向下的射流,此时下气泡边界与固壁边界相似;而当δ增大至0.2时,下气泡对上气泡的影响减弱,浮力效应占据主导地位,上气泡的射流方向垂直向上.ε对气泡间的耦合作用未造成明显影响,但当ε≥150时,其对气泡射流速度的作用会明显减弱. 展开更多
关键词 气泡动力学 EFEM 气泡统一方程 气泡耦合
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基于气泡统一方程的声场双气泡耦合作用研究 被引量:2
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作者 谈乃正 詹立蕾 +2 位作者 李世民 李帅 张阿漫 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期213-222,共10页
针对声致空化现象中双气泡相互作用力展开了研究。本文基于气泡动力学的基本理论,将气泡统一方程应用到声场中双气泡的耦合作用研究中,建立了可用于计算声场中多气泡耦合的理论模型,并以此研究了不同类型的声场中双气泡次Bjerknes力的... 针对声致空化现象中双气泡相互作用力展开了研究。本文基于气泡动力学的基本理论,将气泡统一方程应用到声场中双气泡的耦合作用研究中,建立了可用于计算声场中多气泡耦合的理论模型,并以此研究了不同类型的声场中双气泡次Bjerknes力的变化趋势。研究结果表明:在声压幅值较小的行进波声场中,对于非线性脉动的双气泡,其相互作用现象不仅与声场参数相关,还会受到双气泡初始体积比的影响。若固定其中一个气泡的初始体积,同时改变另一个气泡的初始体积,则双气泡间第1周期内的次Bjerknes力会在初始体积相等时达到第1个极值,随后呈现周期性的起伏,并在总体上呈增大趋势;而双气泡相互作用在声压幅值较大的行进波声场中会随初始半径比的增大持续增强,且周期性的起伏现象并不明显。在驻波声场中靠近波节的位置也能观测到这一现象。此外,本文还探究了非线性振动的双气泡在具有相同频率、不同声压幅值的组合波声场中的耦合效应。本文的研究可为声场中双气泡相互耦合作用以及气泡群动力学相关应用提供理论基础。 展开更多
关键词 声致空化 双气泡耦合 气泡统一方程 次Bjerknes力 气泡初始体积比 行进波 驻波声场 反射波耗散
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基于气泡动力学的油浸绝缘纸中气泡形成模型 被引量:2
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作者 黄宇 周游 +2 位作者 罗颖婷 石墨 杨鑫 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1704-1713,共10页
油浸式变压器内部绕组的匝间纸绝缘受温度的影响会析出气泡,进而引发局部放电导致绝缘劣化。该文通过研究油纸界面的微观结构和气泡产生的物理过程,建立气泡演化的数值模型,结合气泡生长过程中的受力分析,得到了气泡在不同条件下的生长... 油浸式变压器内部绕组的匝间纸绝缘受温度的影响会析出气泡,进而引发局部放电导致绝缘劣化。该文通过研究油纸界面的微观结构和气泡产生的物理过程,建立气泡演化的数值模型,结合气泡生长过程中的受力分析,得到了气泡在不同条件下的生长规律。首先,基于Rayleigh-Plesset方程建立油纸界面处由气泡内压强主导的气泡生长过程。其次,根据理想气体体积定律与Hertz-Knudsen界面蒸发冷凝方程量化界面处水蒸气进入气泡的质量通量,并在此基础上建立气泡内压的控制方程。最后,求解获得了升温时油纸系统中气泡的生长曲线,并根据气泡生长时的受力分析得到了气泡脱离半径进而计算出气泡初始逸出温度(initial temperature of bubble escape,ITBE)。计算的气泡脱离半径与实验结果具有较好的一致性,此外预测的ITBE与实验结果的最小平均相对误差为1.11%。模型结果表明,纸中水分质量分数越高,气泡生长速度越快。而绝缘纸微观结构的变化主要通过影响气泡初始半径和气泡在界面处所受表面张力的大小,从而影响气泡的形成过程。 展开更多
关键词 油浸式变压器 气泡初始逸出温度 气泡形成 Rayleigh-Plesset方程 气泡动力学
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颗粒-壁面附近空化泡溃灭动力学研究
13
作者 刘雅斌 梁琪 +3 位作者 何大庆 张伟 王笑语 张宇宁 《核科学与工程》 CSCD 北大核心 2024年第6期1316-1326,共11页
磨蚀现象常对周围的壁面造成严重损伤,是水力机械中广泛关注的问题。本文通过高速摄影系统对空泡生长溃灭形态演化和形心移动特性进行了分析并用Kelvin冲量研究了射流强度和方向变化特性,重点考虑了颗粒-壁面距离、颗粒-空泡距离和空泡... 磨蚀现象常对周围的壁面造成严重损伤,是水力机械中广泛关注的问题。本文通过高速摄影系统对空泡生长溃灭形态演化和形心移动特性进行了分析并用Kelvin冲量研究了射流强度和方向变化特性,重点考虑了颗粒-壁面距离、颗粒-空泡距离和空泡最大半径的影响。研究发现:(1)空泡生长和溃灭受到颗粒和壁面的共同影响,出现了锥形、梨形、颈状结构甚至断裂等不同的形态,射流的方向发生偏转。(2)空泡中心移动距离受到颗粒和壁面距离以及颗粒与空泡距离的显著影响,随着两者的增大,形心移动距离分别减小和增大。(3)当颗粒和空泡间的距离增加时,射流强度先减小后增大,射流方向逐渐从朝向颗粒转变为朝向壁面。 展开更多
关键词 空化泡 泡动力学 高速摄影 Kelvin冲量
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基于气泡统一方程的水下爆炸气泡迁移特征参数影响规律研究 被引量:6
14
作者 徐润泽 唐皓 +1 位作者 李世民 王诗平 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期2544-2554,共11页
气泡统一方程能够高效描述考虑多种因素的球状气泡动力学行为,但描述气泡迁移方程中的特征参数对于气泡行为的影响规律以及如何确定特征参数尚不明晰.基于气泡统一方程建立了理论模型进行计算与“欧拉有限元”数值算法以及经典球状气泡... 气泡统一方程能够高效描述考虑多种因素的球状气泡动力学行为,但描述气泡迁移方程中的特征参数对于气泡行为的影响规律以及如何确定特征参数尚不明晰.基于气泡统一方程建立了理论模型进行计算与“欧拉有限元”数值算法以及经典球状气泡理论模型进行对比,并结合以下爆炸实验,进一步验证了气泡统一方程的科学性以及相较于其他理论模型的优势.在此基础上,探究了迁移方程特征参数对自由场水下爆炸气泡动力学的影响规律.研究表明,拖曳力系数和附加质量系数对于气泡第一周期脉动的影响可忽略不计,拖曳力系数相比于附加质量系数对气泡迁移的影响更具有主导作用.当拖曳力系数较大时,其对气泡迁移产生明显的阻碍效果,反之不足以对气泡迁移提供阻碍效果.附加质量系数对气泡迁移也是阻碍作用,其对气泡迁移的影响近乎线性.确定迁移特征参数需要围绕具体问题来分析,基于研究结果并结合相似实验可以明确迁移特征参数,并采用理论计算为水下爆炸实际工程应用提供指导与参考. 展开更多
关键词 气泡统一方程 水下爆炸气泡 气泡迁移 拖曳力系数 附加质量系数
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椭圆附近的柱形泡动力学行为理论研究
15
作者 沈钧炜 李绍玮 张宇宁 《核科学与工程》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1010-1017,共8页
开尔文冲量在泡动力学领域可用来预测空泡溃灭时的射流现象。基于开尔文冲量理论,本文对椭圆附近的柱形泡动力学行为进行了理论研究,通过理论模型分析了椭圆及空泡周围的液体速度场分布特征,探究了椭圆壁面曲率、空泡位置等因素对开尔... 开尔文冲量在泡动力学领域可用来预测空泡溃灭时的射流现象。基于开尔文冲量理论,本文对椭圆附近的柱形泡动力学行为进行了理论研究,通过理论模型分析了椭圆及空泡周围的液体速度场分布特征,探究了椭圆壁面曲率、空泡位置等因素对开尔文冲量的影响规律。主要结论如下:构建了预测椭圆附近柱形泡动力学行为的开尔文冲量理论模型;当空泡在椭圆附近溃灭时,椭圆表面附近会产生低速区;开尔文冲量主要受空泡位置、椭圆壁面曲率及空泡与壁面的距离影响。 展开更多
关键词 空泡动力学 柱形泡 椭圆壁面 开尔文冲量
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微磨粒对超声空化冲击波衰减作用研究
16
作者 宫台 祝锡晶 +1 位作者 傅迎泽 李婧 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期47-52,87,共7页
目的研究超声加工过程中微磨粒对冲击波的影响。方法建立功率超声振动加工下的空化泡动力学方程,以及空化泡溃灭产生冲击波的数学模型,进而建立冲击波在微磨粒与水混合介质中的传播模型。使用六阶Runge-Kutta方法对数学模型进行求解,得... 目的研究超声加工过程中微磨粒对冲击波的影响。方法建立功率超声振动加工下的空化泡动力学方程,以及空化泡溃灭产生冲击波的数学模型,进而建立冲击波在微磨粒与水混合介质中的传播模型。使用六阶Runge-Kutta方法对数学模型进行求解,得到空化泡半径随时间的变化规律,以及空泡内部压强随空化泡半径变化的规律。结果当空泡半径被压缩至1μm左右时,空泡内部压强可达1000 MPa。通过对距离空泡壁1.5R_(0)处的冲击波压力进行求解发现,冲击波的压力仅需0.07μs就可从初始的1000 MPa迅速衰减至80 MPa。通过比较纯水介质与混合介质(SiO_(2)微磨粒与水)中冲击波传播速度的结果发现,加入SiO_(2)微磨粒会使冲击波的最大速度由2976 m/s降至2681 m/s,降低率约为10%。通过钛钽合金的功率超声振动加工实验验证了数值结果。对比分析了加入SiO_(2)微磨粒前后钛钽合金表面结构和三维表面形貌,发现微磨粒的加入导致材料表面空化坑的投影面积下降了12.5%。结论证实微磨粒对冲击波的传播起到了明显的衰减作用,是对材料表面产生作用的主要因素。该研究在超声加工领域具有理论意义和工程价值。 展开更多
关键词 微磨粒 冲击波 SiO_(2) 超声空化 空泡动力学 RUNGE-KUTTA
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可压缩液体中的气泡球形稳定性的研究
17
作者 张宇宁 周星 +1 位作者 郑潇潇 丁志凌 《核科学与工程》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期416-427,共12页
可压缩液体中气泡的球形稳定性对核电站设备及其附属的过流部件的稳定运行起着至关重要的作用。本文利用匹配渐进展开式的方法,建立了可压缩液体中气泡球形扰动的理论模型。利用气泡的泡壁马赫数将泡壁附近的液体分为内场和外场,将内场... 可压缩液体中气泡的球形稳定性对核电站设备及其附属的过流部件的稳定运行起着至关重要的作用。本文利用匹配渐进展开式的方法,建立了可压缩液体中气泡球形扰动的理论模型。利用气泡的泡壁马赫数将泡壁附近的液体分为内场和外场,将内场的流体近似为不可压缩液体,使用拉普拉斯方程计算。外场的流体认为是可压缩液体,用波动方程来描述。通过内外匹配渐进展开法推导了可压缩液体中气泡的球形扰动方程。基于扰动方程中焓的两种表示方式(用压力近似焓或直接用焓表示),讨论了这两种方程预测的气泡球形扰动振荡特性相关物理量(扰动振幅、扰动振幅变化速度和扰动振幅变化的加速度)的差异。通过对比,发现这两种方程预测结果的差异主要体现在上述物理量的极值处,并且直接用焓表示的方程预测的极值更大。此外,还定量研究了初始气泡半径和环境压力对两种方程预测结果的影响。 展开更多
关键词 泡动力学 空化 球形稳定性
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单频超声和双频复合超声的空化效应实验研究 被引量:15
18
作者 贲永光 丘泰球 +2 位作者 李康 李坤平 孔繁晟 《声学技术》 CSCD 2009年第3期257-260,共4页
从超声电功率、超声作用时间和溶液温度来研究超声的空化效应,采用碘化钾溶液中碘的释放量来测定超声的空化产额,研究结果表明:在相同的电功率输入情况下,双频复合超声(25kHz/40kHz)释放碘的量远大于单频25kHz超声和单频40kHz超声释放... 从超声电功率、超声作用时间和溶液温度来研究超声的空化效应,采用碘化钾溶液中碘的释放量来测定超声的空化产额,研究结果表明:在相同的电功率输入情况下,双频复合超声(25kHz/40kHz)释放碘的量远大于单频25kHz超声和单频40kHz超声释放的碘的量,双频复合超声的空化产额高于单频超声。 展开更多
关键词 单频超声 双频复合超声 空化效应 空化产额
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超声珩磨作用下两空化泡动力学特性 被引量:8
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作者 郭策 祝锡晶 +2 位作者 王建青 成全 刘国东 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2014年第6期879-886,共8页
为了探讨超声珩磨作用下磨削区的空化机理,基于速度势叠加原理,考虑超声珩磨速度和珩磨压力,建立了磨削区两空化泡的动力学模型.数值模拟了磨削区空化泡初始半径、两空化泡间距、超声声压幅值、珩磨压力、珩磨头转速对磨削区两空化泡动... 为了探讨超声珩磨作用下磨削区的空化机理,基于速度势叠加原理,考虑超声珩磨速度和珩磨压力,建立了磨削区两空化泡的动力学模型.数值模拟了磨削区空化泡初始半径、两空化泡间距、超声声压幅值、珩磨压力、珩磨头转速对磨削区两空化泡动力学特性的影响.研究表明,考虑两空化泡之间的相互作用时,要想获得良好的空化效果,可将两空化泡初始半径之比控制在3倍以内;选择较高的超声波声压幅值与较低的珩磨压力,并且使超声波声压幅值与珩磨压力和液体静压力之差介于0.66~1.89 MPa之间;增大珩磨头转速空化泡溃灭也略有加速;通过试验测量材料表面粗糙度的方法间接验证了理论分析的合理性. 展开更多
关键词 超声振动 珩磨 空化 气泡 动力学
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壁面处气泡在静止流场和高速水流中溃灭过程的计算仿真 被引量:13
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作者 罗经 李健 董光能 《摩擦学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第6期562-566,共5页
通过数值仿真计算,模拟近壁面以及附壁面气泡在静止流场和高速水流中的溃灭过程,研究气蚀作用机理.结果表明:气泡与壁面的距离和水流的速度影响其溃灭时间;附壁面气泡在高速水流中完全溃灭的时间最短,而在静止流场中最长,远离壁面将增... 通过数值仿真计算,模拟近壁面以及附壁面气泡在静止流场和高速水流中的溃灭过程,研究气蚀作用机理.结果表明:气泡与壁面的距离和水流的速度影响其溃灭时间;附壁面气泡在高速水流中完全溃灭的时间最短,而在静止流场中最长,远离壁面将增加气泡的不稳定性;当气泡距离壁面一定距离溃灭时,射流不能直接作用于壁面,壁面承受冲击波的最大压力远小于气泡溃灭中心的压力;当气泡溃灭中心在壁面时,射流直接作用于壁面产生微小而严重的点破坏,而冲击波则使材料产生交变应力,造成环形破坏;当气泡在高速水流中溃灭时将产生逆流斜向射流,这可能是水力机械过流部件产生鱼鳞坑和波纹状破坏的主要原因. 展开更多
关键词 气泡 溃灭 气蚀 流体动力学 计算机仿真
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