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声空化场中球状泡团的结构稳定性分析
1
作者 刘睿 黄晨阳 +3 位作者 武耀蓉 胡静 莫润阳 王成会 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期169-180,共12页
利用高速摄影机对驱动频率分别为28 kHz和40 kHz的超声空化场中距离水面约1/4波长范围内的球状气泡团的上浮生长和演化过程进行实验观察,分析了声软界面附近驻波场声压幅值变化对泡团结构变化的影响,以及泡团从球状向伞状和层状结构演... 利用高速摄影机对驱动频率分别为28 kHz和40 kHz的超声空化场中距离水面约1/4波长范围内的球状气泡团的上浮生长和演化过程进行实验观察,分析了声软界面附近驻波场声压幅值变化对泡团结构变化的影响,以及泡团从球状向伞状和层状结构演化的行为特征.为分析空化场中球状泡团生长演化机理,利用镜像原理构建了一个考虑边界(水-空气)影响的球状泡团模型,得到了修正的球状泡团内气泡动力学方程.利用等效势数值分析了两个频率下驱动声压幅值、气泡数密度、距离水面深度以及气泡平衡半径对球状泡团最佳稳定半径的影响.结果表明,球状泡团的最佳稳定半径在1—2 mm的范围,且随着驱动声压幅值和气泡数密度的增大,球状泡团最佳稳定半径有减小的趋势,但差异不显著;驱动频率为40 kHz条件下的球状泡团稳定尺寸略小于驱动频率为28 kHz情形;在弱声场中若能形成气泡聚集,仍可观察到较小尺寸的球状泡团,但当声压低于某临界值,泡团将不能存在.理论分析与实验观察结果具有很好的一致性.球状泡团的生长和结构稳定特性分析有助于理解声场和边界对气泡的行为调控. 展开更多
关键词 球状泡团 空化结构 界面影响 稳定性
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云空化结构的溃灭与空蚀风险预估研究进展 被引量：4
2
作者 张伟 杨朴 朱兵 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2020年第4期761-770,I0003,共11页
空蚀是流体机械中普遍存在的现象。空蚀研究涉及空化结构的产生、运动和溃灭过程,分析获取空蚀引起的冲击载荷,并评估特定材料在冲击载荷下的抗冲击能力变得尤为重要。由于空化结构的生成和溃灭过程中涉及复杂的物理机制、宽泛的时空尺... 空蚀是流体机械中普遍存在的现象。空蚀研究涉及空化结构的产生、运动和溃灭过程,分析获取空蚀引起的冲击载荷,并评估特定材料在冲击载荷下的抗冲击能力变得尤为重要。由于空化结构的生成和溃灭过程中涉及复杂的物理机制、宽泛的时空尺度,开展空化结构的溃灭和空蚀风险预估研究具有诸多挑战。文章首先梳理了针对云空化结构溃灭和空蚀破坏方面已开展的理论、数值和实验研究,然后介绍基于能量输运的空蚀风险预估模型方面开展的初步工作,最后探讨了今后在该领域可能的研究方向。 展开更多
关键词 空化结构 空化结构溃灭 侵蚀力 空蚀风险预估
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液体薄层中的超声空化 被引量：3
3
作者 白立新 吴鹏飞 +2 位作者 李超 邓京军 曾志杰 《应用声学》 CSCD 北大核心 2018年第5期614-635,共22页
液体薄层中的超声空化,因其边界及所处空间的特殊性,而呈现出非常独特的空化结构和演化行为,在超声清洗、超声钎焊、表面处理、近场声悬浮、超声化学等领域都有所应用。该文梳理了近几年该课题组在液体薄层中的超声空化研究中的一些成果... 液体薄层中的超声空化,因其边界及所处空间的特殊性,而呈现出非常独特的空化结构和演化行为,在超声清洗、超声钎焊、表面处理、近场声悬浮、超声化学等领域都有所应用。该文梳理了近几年该课题组在液体薄层中的超声空化研究中的一些成果,力图揭示液体薄层内空泡、空化云、空化场的运动和分布规律,及其产生、发展和演化过程,以期对液体薄层中的超声空化行为有一个相对清晰和完整的认识。 展开更多
关键词 超声空化 空化结构 空化云 空泡 液体薄层
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针状突体空化结构的高速摄影观察 被引量：1
4
作者 董志勇 张旭 +1 位作者 朱芳 李晓鹏 《水利学报》 EI CSCD 北大核心 2009年第11期1363-1368,共6页
应用高速摄影技术在直流式水洞中对针状突体的空化结构进行了试验研究。试验流速为8~40m/s,高速摄影机拍摄速率为20000fps,曝光时间为4μs。观察了不同流速下针状突体后空化云的形态以及随流动的演变情况,及不同掺气量对空化云的影响。... 应用高速摄影技术在直流式水洞中对针状突体的空化结构进行了试验研究。试验流速为8~40m/s,高速摄影机拍摄速率为20000fps,曝光时间为4μs。观察了不同流速下针状突体后空化云的形态以及随流动的演变情况,及不同掺气量对空化云的影响。此外,还给出针状突体空化区包络线(自由流线)的表达式。 展开更多
关键词 针状突体 空化结构 高速摄影技术 掺气
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高压轴向柱塞泵缸体抗空化结构分析 被引量：1
5
作者 崔金元 刘志奇 +1 位作者 刘敏 董洪全 《机床与液压》 北大核心 2023年第2期151-155,共5页
针对高压轴向柱塞泵缸体内油液空化现象,分析缸体倾斜式柱塞腔和腰形孔抗空化结构对空化的抑制情况。基于Pumplinx仿真分析平台,对柱塞泵工作过程中缸体柱塞腔内气体体积分数进行仿真分析,分别探究缸体柱塞腔倾斜角度和腰形孔倾斜角度... 针对高压轴向柱塞泵缸体内油液空化现象,分析缸体倾斜式柱塞腔和腰形孔抗空化结构对空化的抑制情况。基于Pumplinx仿真分析平台,对柱塞泵工作过程中缸体柱塞腔内气体体积分数进行仿真分析,分别探究缸体柱塞腔倾斜角度和腰形孔倾斜角度对空化的抑制情况;通过Kriging插值预测已知参数邻近未知参数,解析抗空化最优结构参数。结果表明:缸体腰形孔和柱塞腔倾斜最优角度分别为75.3°和9°,柱塞腔内气体体积分数分别降低了1.2%和1.7%。 展开更多
关键词 轴向柱塞泵 抗空化结构 柱塞腔 腰形孔
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3维水翼非定常云空化结构分析和侵蚀风险预估
6
作者 陈洋 杨朴 朱兵 《上海大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2023年第3期436-449,共14页
空化是在流体设备中经常发生的现象,而云空化结构的溃灭会释放出极高的压力,常被认为是造成材料空蚀破坏的主要原因,因此研究云空化的演化、溃灭和对壁面的冲击作用具有重要意义.采用隐式大涡模拟方法和基于局部流场修正的空化模型,对... 空化是在流体设备中经常发生的现象,而云空化结构的溃灭会释放出极高的压力,常被认为是造成材料空蚀破坏的主要原因,因此研究云空化的演化、溃灭和对壁面的冲击作用具有重要意义.采用隐式大涡模拟方法和基于局部流场修正的空化模型,对不同空化数下的NACA00153维水翼进行了数值模拟,考察了空化流动结构的演化过程,并采用基于能量输运的侵蚀风险预估模型对空蚀风险区域进行了预估.主要结论如下:(1)基于局部流场修正的空化模型可更好地预测空化体积;隐式大涡模拟方法较好地捕捉到了多种形式的非定常空化流动结构.(2)空化数σ对云空化发生的程度、演化特征和溃灭位置的影响不同:当σ=1.19时,空化结构较为稳定,翼型表面附着型腔体最大长度约在0.4倍的翼型弦长处,而脱落腔体溃灭的位置约在0.6倍处;当σ=1.07时,翼型表面附着型腔体最大长度约在0.5倍处,而脱落腔体溃灭的位置约在0.7倍处;当σ=0.95时,空化结构演化剧烈,会出现多尺度腔体共同脱落现象,翼型表面附着腔体最大长度约在0.7倍处,而脱落腔体溃灭的位置在翼型尾缘附近.(3)基于能量输运的预估模型可用于预测因空化腔体发生溃灭引起的翼型表面发生侵蚀破坏的风险区域. 展开更多
关键词 云空化结构演化 空化模型 隐式大涡模拟 能量输运 侵蚀风险预估
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液体薄层中环链状空化泡云结构稳定性分析 被引量：2
7
作者 李凡 张先梅 +5 位作者 田华 胡静 陈时 王成会 郭建中 莫润阳 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第8期176-183,共8页
为分析超声空化的薄层液体中稳定的环状气泡链结构,本文考虑气泡间次级声辐射影响,得到了表征气泡间相互作用的气泡基本动力学方程以及次Bjerknes力的表达式,数值分析了气泡平衡半径、声波频率和声压对纯液体区可能出现的单气泡所受的次... 为分析超声空化的薄层液体中稳定的环状气泡链结构,本文考虑气泡间次级声辐射影响,得到了表征气泡间相互作用的气泡基本动力学方程以及次Bjerknes力的表达式,数值分析了气泡平衡半径、声波频率和声压对纯液体区可能出现的单气泡所受的次Bjerknes力,发现环形泡链能够吸引液体区内的新生的半径小于2μm的气泡,这可能是一定条件下环形气泡链能够稳定存在的原因.随着驱动声波压力增加,气泡数密度增加,气泡间的耦合作用增强,液体区内的环形泡链结构可能被液体区内出现的大气泡或者气泡团破坏,进而导致环形结构演变成柱状、雾状乃至整个液体区均充满空化泡的情况发生.通过高速摄影机观察了强声场作用下换能器辐射面外侧液体薄层内空化初生至形成空化云团簇的整个过程,在空化云团簇中发现了局部同步崩溃并形成类纯液体薄层的现象,该液体薄层边界随时间振荡持续约4个声周期后被空化云团簇吞没,局部类纯液体区出现的位置具有随机性.实验观察结果和理论预测具有很好的一致性. 展开更多
关键词 超声空化结构 气泡群 次Bjerknes力 稳定性
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喷水推进泵临界空化工况空化流态试验 被引量：15
8
作者 龙云 冯超 +3 位作者 王路逸 王德忠 蔡佑林 朱荣生 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第8期1512-1518,共7页
在舰艇空间尺寸的限制下,提高推进器的综合性能是舰船设计的关键。空化是喷水推进泵的主要噪声源和重要设计参数。为降低舰艇的噪声,提高喷水推进泵的空化性能,十分有必要研究空化流动结构演变规律及其对喷水推进泵性能的影响。以某型... 在舰艇空间尺寸的限制下,提高推进器的综合性能是舰船设计的关键。空化是喷水推进泵的主要噪声源和重要设计参数。为降低舰艇的噪声,提高喷水推进泵的空化性能,十分有必要研究空化流动结构演变规律及其对喷水推进泵性能的影响。以某型喷水推进泵为研究对象,采用高速摄像技术开展了喷水推进泵临界空化工况空化流动结构演变规律试验研究。在空化发生和发展过程中,喷水推进泵空化流动结构包括片状空化、云状空化、叶顶间隙空化、叶顶泄漏涡空化和垂直空化涡。试验捕捉了空化演变的物理过程,分析了各空化流动结构对喷水推进泵性能下降的影响。结合数值模拟和前人研究,阐述了空化流动结构形成机理及其对喷水推进泵性能的影响。研究结果为喷水推进泵内的空化现象提供了新的认识,也为空化性能预测方法的研究给予了借鉴和指导。 展开更多
关键词 喷水推进泵 临界空化工况 高速摄像 空化 空化涡结构
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混流式喷水推进泵空化流动及其诱导振动特性的试验研究
9
作者 龚波 张正川 +3 位作者 尹俊连 许锐 李宁 王德忠 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第2期42-51,共10页
为了研究喷水推进泵内非定常空化流动及其诱导的振动特征,搭建了高速摄像与数字信号同步测量平台。对不同空化程度下的泵内空化流动、压力脉动信号、振动信号进行了采集和分析。引入经验模态分解及希尔伯特黄变换(Hilbert-Huang transfo... 为了研究喷水推进泵内非定常空化流动及其诱导的振动特征,搭建了高速摄像与数字信号同步测量平台。对不同空化程度下的泵内空化流动、压力脉动信号、振动信号进行了采集和分析。引入经验模态分解及希尔伯特黄变换(Hilbert-Huang transform,HHT)对振动信号进行了处理和分析。试验表明:喷水推进泵叶顶区出现了叶顶间隙空化和叶顶泄露涡空化等空化现象;随着空化程度的加剧,叶顶区的空化结构先由丝状逐渐连接成薄片状,继而发展为云状;快速旋转的空化云会呈现出极不稳定状态,尾部发生脱落形成垂直空化涡(perpendicular cavitating vortices,PCVs);小尺度的垂直空化涡消散在流道中部;随着空化程度的进一步加剧,垂直空化涡尺度增大并向相邻叶片的压力面运动,造成喷水推进泵性能的下降。空化程度加剧对应的流动结构特征会导致压力脉动产生相应的变化,从而诱导振动的增加。经验模态分解和HHT结果显示片状空化及大尺度云空泡溃灭时会诱导高频区的宽频振动增大;空化云尾缘的低频脱落会产生垂直空化涡,诱导低频的压力脉动和振动的快速增加。希尔伯特边际谱上高频幅值,叶频和轴频幅值的变化特征可在一定程度上用来反映泵内的流动状态。 展开更多
关键词 喷水推进泵 试验研究 空化流动结构 振动 希尔伯特黄变换(HHT)
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