文丘里管内空泡及空泡群的演变及其溃灭特性

摘要

水力空化具有发生装置简单、能量利用率高、无二次污染、易于实现规模化等优点，在生产生活的许多领域具有广阔的应用前景。利用水力空化产生的高温、高压、自由基等特殊条件，对物理、化学过程进行强化已经开始被人们研究应用，但主要从实验方面进行展开，目前还缺乏理论研究作指导。为了使水力空化对过程的强化达到最佳效果，需要进行更深入的研究。 为了探索空化强化机理，寻求影响空化强化效果的基本规律，认识各因素对空化演变过程及空化强化效果的影响，建立空化强化效果与影响因素之间的关系，指导水力空化器的优化设计，本文开展了以下工作： 含汽-气型单空泡动力学特性研究。以考虑液体粘性、可压缩性的Gilmore空泡动力学方程为基础，结合计算泡内气体压力的不同热力学模型，建立三种数学模型，计算空泡演变、溃灭压力及溃灭温度，并与实验数据比较，确定出范德华方程结合多变假设的热力学模型吻合性好，计算精度较高。应用该模型计算了不同参数下的空泡演变过程、溃灭压力及溃灭温度。得到发生空化时空泡的初始半径分布范围：讨论了各参数对空泡演变过程、溃灭压力及溃灭温度的影响：建立了各参数与溃灭压力及溃灭温度的分项关系式和总体关系式。 含汽-气型空泡群动力学特性研究。采用空泡群分层溃灭模型，依据如何考虑空泡间相互作用问题，分别建立了三种计算空泡群溃灭压力的数学模型。通过计算结果比较可知，空泡群内空泡间的相互作用加速了空泡群的溃灭速度，使空泡群的溃灭压力增大；群内已溃灭各层空泡的影响比层内正在溃灭空泡的影响更显著。应用考虑已溃灭各层空泡的影响和同层内正在溃灭空泡的影响的分层溃灭模型，计算了不同参数下的空泡群溃灭压力；讨论了空泡群溃灭压力与各影响参数的关系；建立了空泡群溃灭压力与各参数分项拟合关系式和总体拟合关系式。 空化区域外形轮廓线的数值模拟。基于生长阶段群内空泡之间无相互作用的假设，建立了空泡群生长模型，由此计算空泡群生长轮廓线；考虑空泡溃灭后回弹的影响，对空泡群溃灭模型进行修正用于计算空泡群溃灭轮廓线，最终得到空化区的外形轮廓线。模拟结果与实验结果比较吻合，说明模型是合理的。在此基础上计算了空化区的体积，分析了空化区体积与影响参数的关系。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1空化现象

1.2空化机理

1.2.1液体中的气核

1.2.2空化初生及空化数

1.2.3气核的生长

1.2.4.空泡的溃灭

1.3空化效应及应用前景

1.3.1空化效应

1.3.2水力空化的应用前景

1.4课题的学科背景及相关内容

1.5国内外研究进展

1.5.1空泡动力学

1.5.2空泡群动力特性研究

1.5.3空泡溃灭压力

1.5.4空泡溃灭温度

1.6本文研究内容

2汽-气单空泡的演变及溃灭特性

2.1物理模型

2.2数学模型

2.2.1模型条件

2.2.2压缩液体中空泡动力学方程

2.2.3模型参数计算

2.2.4数值方法

2.3计算结果与讨论

2.3.1模型比较

2.3.2初始空泡的尺寸范围

2.3.3空泡初始半径的影响

2.3.4入口压力的影响

2.3.5扩散段长度的影响

2.3.6喉径比的影响

2.3.7溃灭压力及溃灭温度与各参数的拟合关系

2.4本章结论

3汽-气空泡群溃灭特性研究

3.1物理模型

3.2数学模型

3.2.1模型条件

3.2.2基本方程

3.2.3主要参数计算

3.2.4计算方法

3.3计算结果与分析

3.3.1模型比较

3.3.2空穴率的影响

3.3.3入口压力的影响

3.3.4扩散段长度的影响

3.3.5侯径比的影响

3.3.6空泡群最终溃灭压力与各参数的拟合关系

3.4本章结论

4空化区外形轮廓线的数值模拟

4.1生长区计算模型

4.1.1物理模型及模型条件

4.1.2基本方程

4.1.3主要参数计算

4.1.4计算方法

4.2溃灭区计算模型

4.2.1数学模型

4.2.2模型参数计算

4.2.3计算过程

4.2.3空化区体积计算

4.3计算结果与讨论

4.3.1空化区外形轮廓

4.3.2空化区体积

4.4本章结论

结论

参考文献

附录A符号说明

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢