空泡群溃灭的直接数值模拟及空化模型改进_张凌新
考虑空泡界面相变作用的空化模型及应用
考虑空泡界面相变作用的空化模型及应用
王柏秋;王聪;黄海龙;董磊;张嘉钟
【期刊名称】《哈尔滨工业大学学报》
【年(卷),期】2013(045)001
【摘要】基于Rayleigh-Plesset方程,在考虑空泡界面上的相变作用后,导出了一个新的空化模型,并利用此模型模拟了次生空泡的发育与溃灭.新空化模型应用于半球头航行体的结果表明:由于次生空泡不断溃灭与发育,模型表面压力由较高的溃灭压力和较低的空泡压力交替分布;随着空化数的降低,主空泡逐渐变大,次生空泡区逐渐向模型尾部移动并脱落.
【总页数】5页(P30-34)
【作者】王柏秋;王聪;黄海龙;董磊;张嘉钟
【作者单位】哈尔滨工业大学航天学院,150001哈尔滨;哈尔滨工业大学航天学院,150001哈尔滨;北京宇航系统工程研究所,100076北京;哈尔滨工业大学土木学院,150090哈尔滨;中船重工第七0三研究所,150036哈尔滨;哈尔滨工业大学航天学院,150001哈尔滨
【正文语种】中文
【中图分类】O351
【相关文献】
1.堆载作用下考虑界面接触行为的桩-土相互作用分析 [J], 蒯行成;刘敦平;赵明华
2.马氏体—奥氏体界面电子态以及它们在马氏体相变过程中的作用 [J], 张金岷
3.生物组织低温作用下相变冻结界面研究 [J], 黄景祥;章忠敏
4.考虑当地流动特征的Zwart-Gerbera-Belamri空化模型改进及应用 [J], 胡俊;侯夏伊;于勇
5.考虑空泡及再加载效应的水下爆炸流固相互作用分析 [J], 汪俊;刘国振;刘建湖;潘建强;罗泽立
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基于改进伪势LBM的空泡溃灭建模
基于改进伪势LBM的空泡溃灭建模胡青晨;单鸣雷;朱昌平;殷澄;姚澄【摘要】为研究空化泡溃灭阶段的数值仿真,本文以格子Boltzmann方法为基础,采用改进作用力引进格式,对改变力学稳定性条件相关参数进行优化.通过最优参数提取,提高该多相格子Boltzmann模型密度比,从而最大程度保证热力学一致性及模型稳定性.并通过共存密度曲线对比及误差值计算,确定了参数的最优值.基于改进伪势格子Boltzmann模型对空泡溃灭进行建模,并将计算结果和实验结果对比,验证了空泡溃灭模型的有效性,对实际运用有一定的指导意义.【期刊名称】《应用声学》【年(卷),期】2016(035)006【总页数】7页(P480-486)【关键词】格子Boltzmann方法;伪势模型;热力学一致性;空泡溃灭【作者】胡青晨;单鸣雷;朱昌平;殷澄;姚澄【作者单位】河海大学常州市传感网与环境感知重点实验室并江苏省输配电装备技术重点实验室常州213022;河海大学常州市传感网与环境感知重点实验室并江苏省输配电装备技术重点实验室常州213022;江苏省“世界水谷”与水生态文明协同创新中心南京211100;河海大学常州市传感网与环境感知重点实验室并江苏省输配电装备技术重点实验室常州213022;江苏省“世界水谷”与水生态文明协同创新中心南京211100;河海大学常州市传感网与环境感知重点实验室并江苏省输配电装备技术重点实验室常州213022;江苏省“世界水谷”与水生态文明协同创新中心南京211100;河海大学常州市传感网与环境感知重点实验室并江苏省输配电装备技术重点实验室常州213022;江苏省“世界水谷”与水生态文明协同创新中心南京211100【正文语种】中文【中图分类】TB559;O426.4当液体内局部的压强比液体的饱和蒸气压低时，就会发生空化现象[1]。
空化时液体从液相变为气相，这种相变过程是瞬时、随机、多相的复杂现象。
空化泡快速溃灭瞬间，气泡周围液体快速冲入气泡，在气泡内部和周围形成局部高温高压，整个过程伴随着一系列的热效应、机械效应及化学效应[2-3]。
单空泡溃灭及其空化噪声的数值模拟
单空泡溃灭及其空化噪声的数值模拟
单空泡溃灭及其空化噪声的数值模拟
在满足对单空泡基本假设的前提下,根据单空泡运动方程建立溃灭时流体中的声辐射模型,并针对不同的初始半径,通过确定空泡溃灭过程和计算空泡噪声对模型进行数值计算.结果表明:随着空泡直径的增大、空泡溃灭的最小半径增大、溃灭时间延长、空泡的辐射声压增大,其为开展空化特征的提取提供了理论依据.
作者：聂建栋苏永生杨光明NIE Jian-dong SU Yong-sheng YANG Guang-ming 作者单位：聂建栋,杨光明,NIE Jian-dong,YANG Guang-ming(海军驻武昌造船厂,军事代表室,湖北,武汉,430060) 苏永生,SU Yong-sheng(海军工程大学,船舶与动力学院,湖北,武汉,430033)
刊名：兵工自动化ISTIC英文刊名：ORDNANCE INDUSTRY AUTOMATION 年，卷(期)：2009 28(9) 分类号：O427.5 JP391.9 关键词：单空泡空泡溃灭空化噪声仿真计算。
第5章 空化与空蚀
当外压强降低时，空泡的半径只有缓慢的增加，而当达 到M点后，在压强不再降低的情况下，空泡半径反而急速地膨 胀，这就是空化的初生。因此。M点可认为是发生空化的临界 点。将临界点相应的压强及空泡半径称为临界压强pe。及临 界空泡半径Re。
3、球形空泡的稳定性 如果扰动幅值随时间是衰减的，则空泡运动是稳定的， 与此相反，如果扰动幅值随时间增长，则空泡运动是不稳定 的。 从定性上来看，表面张力并不影响空泡的稳定性。由此 可以认为，在球形空泡的压缩过程中，只有当空泡尺度足够 大时其运动才是稳定的；而当空泡尺度被压缩至足够小后， 其扰动幅值将快速增长，从而导致空泡运动失稳。
（3） 间隙空蚀。它是指水流通过狭窄间隙或绕过固体 凹凸表面时，由于流速局部升高引起局部压力降低形成的空 蚀。常发生在水轮机的某些局部位置，例如轴流式叶片外缘 端面与转轮室内壁间隙，导叶立面和端面间隙；混流式转轮 和上下冠止漏环间隙；冲击式的针阀和喷嘴口等处。间隙空 蚀的破坏范围一般较小。
（4） 其他局部脱流引起的空蚀。在水轮机导叶叶型头 部和尾部，导叶体端部与轴经接合处的凸肩后面、限位销后 面、尾水管补气架后面等部位，由于表面粗糙或已空蚀部位 的恶性发展，都会引起局部脱流而发生空蚀。
3、空泡的溃灭 空泡在溃灭的最后阶段其运动颇为复杂，但在其溃灭的初 始阶段则可近似认为空泡仍呈球状，且其内爆过程是球对称 的。 Knapp利用高速摄影测定空泡直径，其实验成果如下图所 示。由于空泡的直径、压强是随时间变化的，为对比起见，图 中还给出了空泡直径随溃灭时间变化的计算成果。由图中可 知，两者基本一致，尤其是在空泡溃灭的初期。
(4)振荡空化 振荡空化是一种无主流空化，其特点是一般发生在 不流动的液体中。在这种空化中，造成空穴生长或溃灭 的作用力是液体所受的一系列连续的高频压强脉动。这 种高频压强脉动既可由潜没在液体中的物体表面振动(如 磁致振荡仪)形成，也可由专门设计的传感器来实现，但 高频压强脉动的幅值必须足够大，以至于局部液体中的 压强低于临界压强，否则不会形成空化。 振荡空化与前述三种空化的根本区别在于：前述三 种空化中，一个液体单元仅通过空化区一次；而在振荡 空化中，虽然有时也伴有连续的流动，但其流速非常 低，以至于给定的液体单元经受了多次空化循环。
航行体出水过程空泡溃灭特性研究
航行体出水过程空泡溃灭特性研究近年来，航行体出水过程，也即水下飞控技术，作为水下技术的重要组成部分，在航行体的发展中发挥着不可替代的作用。
随着水下控制技术的发展，浮囊形成损耗在控制技术发展中，一直是水下技术发展领域无法回避的重要问题。
为了更好地解决浮囊形成损耗中的难题，研究发展了航行体出水过程空泡溃灭特性。
航行体出水过程是水下飞行技术的重要组成部分，尤其是在低阻力飞行运动中，它是实现低阻力飞行的主要技术手段，它可以通过减少流体的壁面摩擦耗散损耗，实现对航行体的控制和减少低速运动时流体阻力的作用。
然而，航行体出水过程最主要的问题之一是~~空泡溃灭损耗。
空泡溃灭损耗是指在航行体出水过程中，在介质中形成的运动涡流团很快地被压缩，造成的水动力损耗。
~~因此，研究开展了航行体出水过程空泡溃灭特性的对比研究。
研究发现，在航行体出水过程中，对空泡溃灭损耗的数值模拟表明，其主要因素是航行体的出水口的形状、出水口的大小、出水速度和水体的流速。
通过改变出水头的尺寸和形状，可以有效地减少空泡溃灭损耗，从而减少控制系统所面临的摩擦力和浮力，提高航行体在激流中的操纵性能和安全性。
此外，对不同流体在航行体出水过程中表现出不同空泡溃灭特性也进行了研究，发现不同流体在航行体出水过程中形成的空泡溃灭特性有明显的差异，其中水的空泡溃灭损耗最高，油的空泡溃灭损耗最低，因此油也可以被用于航行体出水头形成的空泡溃灭抑制材料。
最后，研究还发现，随着出水口与航行体之间的距离增加，空泡溃灭损耗也会随之减少，即航行体出水口形成的空泡越靠近航行体表面，空泡溃灭损耗就越高。
本研究的结果证明，航行体出水过程中空泡溃灭损耗的大小主要受出水口形状和大小、出水速度以及水体流速等因素的影响，同时也受到不同流体的影响。
因此，为了控制航行体出水过程中空泡溃灭损耗，可以改变出水口的形状和大小，并选择合适的流体，以达到最佳的效果。
本研究是一项关于航行体出水过程中空泡溃灭特性的研究，结果表明，出水口形状和大小以及出水速度和水体流速等因素对空泡溃灭损耗有很大影响，≤此，基于本研究结果，可以提出一些建议，以减少航行体出水过程中空泡溃灭损耗。
航行体出水过程空泡溃灭特性研究
航行体出水过程空泡溃灭特性研究近年来，航行体出水过程中的空泡溃灭特性研究已成为船舶推进性能和安全性的研究热点。
航行体的出水特性，决定了船舶的推进效率，而空泡溃灭过程则决定了航行体的动力学行为特性，从而影响船舶推进性能。
因此，研究航行体出水过程中的空泡溃灭特性是非常重要的。
空泡溃灭是指航行体出水过程中空气泡理论上从而阻碍流体流动而发生的瞬时溃灭现象，这一过程可以分为三个阶段：空气泡的形成、运动和溃灭。
空气泡的形成，受诸多因素的影响，其中水动力的影响是最重要的，包括航行体的出水分布和空气泡的建立速度。
空气泡的运动受质量和力的影响，航行体出水压力的变化在空气泡的运动中发挥着重要的作用。
在这一过程中，空气泡的拖拽力和重力加速度对空气泡的速度具有不同的影响。
空气泡溃灭是指在航行体出水过程中，空气泡在搅动作用下形成涡流流动，当涡流积聚到一定程度时，空气泡溃灭的现象就会出现。
在实际情况下，空气泡溃灭的过程也会受到流动的性质的影响，如流动的流速和流密度等。
综上所述，研究航行体出水过程中的空泡溃灭特性，有助于进一步了解航行体在出水时液体和空气泡之间的相互作用，更好地控制船舶推进性能。
为了深入研究空泡溃灭特性，先前的研究采用了不同的实验手段和数值模拟方法，取得了一定的研究成果。
首先，对于实验方法，一般采用模型试验方法来研究航行体出水过程中的空泡溃灭特性。
主要技术指标包括船舶模型的出水效果、空气泡的形成、运动和溃灭现象以及空气泡对航行体性能的影响等。
利用模型试验方法进行实验，可以获得空气泡形成、运动和溃灭现象的准确数据，从而对空泡溃灭特性进行准确的研究。
其次，对于数值模拟方法，也广泛的应用于航行体出水过程中的空泡溃灭特性研究中。
常用的数值模拟方法有全局涡模拟（GVM）和K-ε湍流模型，它们可以模拟空泡的形成、运动和溃灭等。
使用数值模拟方法，可以较为精确地预测航行体出水过程中的空泡溃灭特性，为航行体出水性能的优化提供有价值的参考。
空泡溃灭数值研究
( 9)
空泡内部的温度变为 T i = T i- 1 + Δ T = κ A ( TB - T ∞) 1 Δt pB ΔV T i- 1 +
nCV d
空泡内部未冷凝气体分压力为
4 4 σ e A ( T B - T ∞)Δt .
空化空泡发育和溃灭过程的数值分析
卢义玉1 , 葛兆龙1 , 李晓红1 , 沈大富2 , 康 勇1 , 陈久福2
( 重庆大学 资源及环境科学学院 , 重庆 400044 ; 2. 重庆市松藻煤电有限责任公司 , 重庆 401445)
摘要 : 基于空化空泡发育和溃灭过程的热力学分析 ,综合考虑热传导和热辐射的影响 ,提出了一 个新的用于数值分析空泡变化过程的数学模型 — — — 热传导2热辐射模型 . 结合 Runge2 Kutta2Fe2 hlberg 法 ,利用 3 个数值分析模型 ( 等温模型 、 绝热模型和热传导2热辐射模型) 求解了描述空泡 发育和溃灭过程的 Rayleigh2Plesset 方程 , 并将数值计算结果与不同研究人员所得到的试验结 果进行了比较 . 结果表明 : 热传导2热辐射模型可以以较高精度地数值模拟空化空泡的变化过程 , 其计算结果与试验结果吻合较好 . 关键词 : Rayleigh2Plesset 方程 ; 热传导2热辐射模型 ; 空泡 ; 数值分析 中图分类号 : TB 126 文献标识码 : A 文章编号 :100021964 ( 2009) 0420582204
12种数值计算结果与文献15的试验结果的比较fig3comparisonoftimehistoriesofbubbleradiusofdifferentmodelswithexperimentaldataofliterature15yrt0r0则dtftrydt中可以看出在空泡的第一次收缩溃灭阶段3种分析方法计算的结果与试验结果非常吻合但是在空泡的再生发育阶段等温模型和绝热模型所计算出的结果与试验结果相差较大而热传左下角显示了第一次溃灭过程中空泡收缩到最小再生发育阶段3种分析方法计算结果在宏观上看起来是一致的但实际上是不同的
水利机械内空化、空泡和空腔的深入分析-水利水电论文-水利论文
水利机械内空化、空泡和空腔的深入分析-水利水电论文-水利论文——文章均为WORD文档，下载后可直接编辑使用亦可打印——引言水力机械的空化、空蚀和稳定运行问题历来是水力机械行业共同关注的基本问题。
经过近百年来的研究探索，特别是不锈钢等抗空蚀材料的大量采用，空蚀对水力机械的危害程度已有所减轻，水力因素导致的水力机械运行不稳定也得到一定扼制。
但是，当空化发生后，水中掺杂了空化气泡（以下简称空泡）或空化空腔（以下简称空腔），水流变成了气液两相流，使原来的单相流特性产生了很大的变化。
过去有许多概念和认识是建立在单相流基础上的，关于空化和压力脉动、压力脉动和空蚀等之间的关系及空泡和空腔在其中的作用等不是很清楚，甚至有部分错误的认识和理解，给深入研究和解决水力稳定性等问题带来一定影响。
本文拟从对空化、空泡和空腔的深入分析入手，解析它们对两相流条件下稳定性等带来的危害，以进一步理清它们之间的相互关系。
1 空化、空泡和空腔一般的气泡内部压力大多高于或接近于大气压，通常在水力机械模型试验时看到的游离气泡和部分附着在流道表面的气泡多属于该类气泡。
空泡则是指水体空化后产生的气泡，且空泡内的压力通常都低于空化压力。
空泡属于气泡，但不同于一般气泡，二者最大、最本质的区别在于内部压力是否低于空化压力。
当然，空泡内的主要成分是水蒸汽，氮气、氧气等空气中主要成份较少；而水中的游离气泡则不同，其主要成分是空气。
高压气泡在水中的存在方式由其压力属性决定，只能存在于其适合的压力区。
当其附着于叶片等流道表面时，可能随压力变化而改变尺寸大小，反而不易被裹夹进水流；只有当压力降低到负压甚至汽化压力之后，这些气泡才更容易被吸走，这也是空化试验前先抽真空并保持一段时间的原因之一。
那些游离于水中的高压气泡也不例外，其只能存在于高压区，即使偶尔被水流裹夹进低压区，一旦失去裹夹力的限制，其自然会漂移至高压区，这也是通常称其为游离气泡的原因。
许多水电站试图用补气的方式消除压力脉动没有成功，大多是因为补气位置选择不当，补气点压力高，补入的高压空气和游离气泡一样向高压区漂移，大部分空气没有进入低压空腔，因此起不到降低压力脉动作用。
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开 放腔 体 圆 柱 壳 入 水 冲 击 稳 定 性 试 验
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国家
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哈 尔 滨 市 科 技创 新人 才 研 究 专 项 资 金 项
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开 放 腔 体 圆 柱 壳 垂 向 入 水 试验 研 究
路 中 磊 魏 英杰
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王聪
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孙 铁志
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哈 尔 滨 工 业 大 学 航 天 学 院 航天 工 程 与 力 学 系 哈 尔 滨
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摘要
，
对 开 放腔 体 圆 柱 壳 入 水 过 程 中 入 水 冲 击
：
、
空 泡 发展 过
，
程 及 入 水稳 定 性
问 题进 行 了
，
分析
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结果 表 明
开 放 腔体 结 构 入 水 撞 击 后 速 度衰 减较 小
；
可 以有
效 的 起 到缓 冲作用
，
但 对 周 围 流场 产 生 强 烈 扰 动
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1
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摘要
：
采用 基 于
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Ｖ ＯＦ 的 界
面捕捉 方法 从 细 观 尺 度 出 发 考 虑流 体 黏 性 表 面 张 力 和 气体 的 可
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、
压 缩 效应
对 包含 百 个 泡 量 级 的 泡群在 不 同 压 差 和 不 同 初始体 积分数 情 况 下 的 溃 灭 过程进 行 了
；
在 扰 动 作 用 下 空 泡 发展 不 完 全
，
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空 泡壁 面 出
定提高 但
，
现 波 动 加 速空 泡 的 溃 灭 过 程 部 分 液 体流 入 腔体 其 对流 场 的 流 动 扰 动 较 大
关 键词
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使 质心 降 低
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对 入 水 稳 定 性有
一
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使 失 稳波 动 推 迟
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第 八 届 全 国 流 体 力 学 学 术 会 议 摘 要集 2
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空 泡 群 溃 灭 的 直 接 数 值模 拟 及 空 化 模 型 改 进
张凌新
（
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王文凤
，
邵雪 明
，
2
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浙 江 大 学 航 空 航 天 学 院力 学 系 杭 州
，
直接 数 值 模拟
定 量 研 究 了 泡群 溃 灭 过 程 中 的 溃 灭 速 率 与 压 差 和 初 始 体 积 分数 之 间 的 关 系
，
。
并
根据 上 述 得 到 的 定 量 结 果
关键词
：
，
对 宏 观 空 化 模 型 进 行 了 初 步 修正
，
。
泡群 溃 灭 直接 数 值模 拟 空 化 模 型
：
将火 箭 助 推 器 简 化 为 背 水 端面 封 闭 撞 水端 面 完全 开 放 的 圆 柱壳 体 结 构
、
， ，
，
基于 高 速摄 影
。
测 量 方 法 对 此 结 构 开 展 了 小 尺 度 垂 直 低 速 入 水试 验 得 到 其 运 动 规 律 和 入 水 空 泡发 展 规 律 通 过对 比 两 端 全 封 闭 壳 体 垂 直 入 水 过 程