片空泡内部孔隙率和流速的实验测量

摘要

液体在流动过程中速度增加、压力减小达到饱和蒸汽压,连续的汽化和凝结过程形成水动力学空化.各类空泡流是螺旋桨、附体以及水泵等水利机械中常见的流动现象.空化可能会导致推进效率降低、振动、噪声、甚至会引起机械损坏.为了减少和控制空化危害,需要了解和研究空化内部汽化和凝结的机理.由于涉及水汽两相流动,通过实验对流场进行观测长期以来是空泡流研究领域的难点问题.本文的目标是研究空泡内局部介质特性,如含汽率,流动速度,和空泡内部汽泡分布.基于电阻探针的优势,工艺进步使得电阻探针能够更微型化和精确化.研发一种适宜在空泡水洞中进行空泡内部含汽量和速度测量方法.实验空化数范围1.54～1.77,雷诺数范围1.4～2.9E5.实验采用双电阻探针,由两个单独的保持固定已知间距的探针封装组成.通过分析两个单独信号相对关系可以得到汽泡速度.除了内部测量,压力传感器和高速摄像也被用来研究空泡外部结构,获得空泡内外联系.实验结果表明空泡数的变化会引起含汽率显著变化,结合高速摄像结果,可以发现高速摄像图片亮度在一定范围内与含汽率呈正相关状态.片空泡速度测量结果表明,泡内速度基本小于来流速度.实验以机理研究为目的,探索空泡内部测试手段,结合高速摄像及压力测量,最终期望对空泡内部结构加深理解.