流场中气泡的动力学特性分析与两相流参数检测

摘要

本文以在轨加注过程中两相流相关问题为背景，针对推进剂传输过程中气泡的存在及其不稳定性导致加注过程中推进剂流量的精确测量失效的问题开展研究。
　　首先，基于流体的质量方程与动量方程，从气泡的基本模型出发，分析了气泡壁面处的压力平衡，推导出了流场中气泡壁面的振动方程；通过数值计算，分析了气泡平衡半径、气泡初始偏移量、声波频率、声波幅值以及液体的粘性系数对气泡壁面振动的影响。对气泡的动力学模型进行了线性化分析，计算了气泡的振动阻尼以及共振频率与外界环境压强和气泡平衡半径之间的关系。其次，针对声波在气液两相流中传播的问题，引入了均相流模型，应用经典流体力学的质量方程与动量方程，推导了声波在两相流中的传播方程，与气泡壁面的振动方程联立，通过数值计算，分析了流场流速、两相流含气率、气泡半径和声波频率对声波在两相流中传播的影响。基于以上分析，提出了两种测量两相流含气率的方法，基于单频声波幅值衰减法测量两相流含气率和基于双频声波幅值衰减法测量两相流含气率，数值计算结果表明了两种方法的可行性。最后，以基于单频声波幅值衰减法测量两相流含气率为实验原理，设计并完成实验，实现了两相流含气率的测量。
　　论文综合应用理论分析、数值仿真、实验验证等手段，对流场中气泡的动力学行为以及两相流的含气率检测进行了研究，丰富了气泡动力学理论的研究内容，为两相流参数检测提供了参考，在理论研究与工程应用上都具有较大意义。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状及进展

1.3 论文研究内容及安排

第二章 流场中气泡的动力学特性分析

2.1 流场中气泡的非线性振动

2.2 气泡动力学模型的线性化分析

2.3 本章小结

第三章 声波在气液两相流中的传播研究

3.1 气液两相流中声波传播方程

3.2 两相流中声衰减系数与等效声速求解

3.3 本章小结

第四章 超声波两相流含气率检测方法研究

4.1 基于单频声波幅值衰减法测量两相流含气率

4.2 基于双频声波幅值衰减法测量两相流含气率

4.3 本章小结

第五章 超声波两相流含气率检测实验研究

5.1 实验原理

5.2 实验方案

5.3 实验内容

5.4 实验结果

5.5 本章小结

结 束 语

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果