单空泡溃灭过程的动力学特性研究
单泡空化振动系统的动力学数值模拟
单泡空化振动系统的动力学数值模拟杨阳;宗丰德【摘要】根据微气泡的动力学方程,用数值计算的方法,采用改进的初始半径对单泡超声空化现象进行了研究.分析表明:气泡的振动对初始半径这个参量很敏感;气泡崩溃速率随气泡初始半径的增加而增大,在一定范围内能保证空化泡稳定的振动,在初始半径为1.6μm处空化程度最强,如果继续增大初始半径则空化程度减弱甚至消失.同时,将分析结果与前人的实验数据比较,发现在考虑液体的可压缩性以后对单泡最佳空化区域有很大的改进.【期刊名称】《浙江师范大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2008(031)003【总页数】5页(P295-299)【关键词】超声空化;空化气泡;气泡运动;最佳初始半径【作者】杨阳;宗丰德【作者单位】浙江师范大学数理与信息工程学院,浙江,金华,321004;浙江师范大学数理与信息工程学院,浙江,金华,321004【正文语种】中文【中图分类】O4260 引言超声空化是液体中微气核(或者由于超声作用形成的气腔)在一定强度的超声波作用下引起的一种形成→生长→溃灭的特有的物理现象.这一现象引起了许多物理和声学工作者的浓厚兴趣，他们对气泡的动力学问题展开了大量的理论和实践研究.张德俊等[1]用高速摄影的方法研究了单一空化气泡的运动和气泡生长、闭合、反跳的过程；张振宇[2]用边界积分方法数值模拟了表面张力对固壁之上且靠近固壁的二轴对称空化泡生长和溃灭的影响；根据运动时的气体扩散平衡条件，刘海军[3]在可控制条件下讨论了气泡的稳定性问题.超声空化是引发各种物理、化学和生物效应的主要机理，已经被广泛应用到工业洗涤、生物技术、医学诊断和声化学等各个方面[4-7]. 至于气泡振动的稳定性、超声驱动下激励参数对气泡振动的影响等一些问题是这一领域中需要重点研究的.因此，笔者研究了超声驱动下激励参数对单泡空化振动效果的影响，重点讨论了超声激励下单泡空化的动力学特性，采用的初始半径是在空化最强时刻基于修正后的Rayleigh-Plesset (mRP)方程数值计算得到的，发现一些参量对微气泡空化的稳定性有重要的影响.1 理论模型为了研究激励频率、声压等参量对微气泡振动的影响，本文采用的空化模型考虑了空化气核的表面张力、内部饱和蒸气压、环境液体的粘滞系数、液体的可压缩性和声辐射的球对称的无膜包裹的微气泡.设定气泡悬浮于球对称的驱动声场中，即超声场均匀地作用于气泡壁上.相对于微气泡的半径，周围液体的尺度看作是无限大.有关这个模型的详细描述见文献[8].气泡壁的运动可以用mRP方程描述：式(1)、式(2)涉及的参数在常温下取定.其中 R 是气泡运动半径，c 是水中的声速(c=1 497 m/s)，ρ 是水的密度(ρ=1×103kg/m3)，P0是气泡外液体静压力(P0=1.101 3×105Pa)，σ 是气泡的表面张力，R0是气泡的初始半径，γ是等压比热容与等容比热容的比值(γ=1.4)，Pv是气泡内部饱和蒸气压(Pv=3.2718×103Pa)，η 是水的粘滞系数.比较文献[9]，本文采用的模型考虑了液体的可压缩性，因此更接近实际情况.基于式(1)，笔者得出数值解，从而揭示各个激励参数对气泡演化影响的不同规律.2 数值计算结果与分析2.1 激励参数对气泡演化规律影响的编程实现由于气泡运动过程中高度的非线性，而μm级大小的空化气泡和持续时间为μs至ns级的气泡运动周期使得实验测量也比较困难，因此在研究单一空化气泡动力学过程的众多方法中，数值分析是必要也是可行的一种方法.为了研究在不同的激励参数下单一空化气泡的动力学，笔者考虑了液体可压缩性的mRP气泡运动方程，从振动半径、空化强度等方面出发，重点讨论了初始半径、激励频率和声压这3个参量的变化对气泡动力学行为的影响，使用Matlab语言实现了在不同激励参数影响下微气泡演化规律的编程.程序主要包括2个部分：第1部分是各个参量取值的变化对气泡演化影响的实现；第2部分是稳态空化域以及最佳稳态空化域分离的实现.在第1部分中，基于4阶Runge-Kutta方法，主要通过循环来实现各个参量变化时对气泡演化产生影响的比较.在第2部分中，对于各个激励参数,根据气泡振动的状态和空化程度的强弱分别组成稳态空化域和最佳稳态空化域.其中，在步长的选择上由于参量的不同而有所不同.在一个周期里对于激励压强Pc这个参量，步长设为一个周期的1/30，即在选取的数值总范围内步长为1.379 kPa.而气泡的运动对R0 的微小变化很敏感，为了能够更全面地体现R0对气泡演化的影响，在给定的R0 范围内步长设为一个周期的1/50,即0.41 μm.对于激励频率F，选取3个有代表性的值并且由Matlab自动选取最佳步长.2.2 初始半径的影响Yoshitaka等[8]已经证明振动气泡对初始半径这个参数很敏感.为了研究初始半径的变化与气泡空化之间的关系，笔者固定σ= 0.0725 N/m，Pc=160 kPa，η=0.000 895 Pa·s，F=40 kHz不变，改变初始半径的大小.从图1可以看出，气泡的振动分为3个阶段.第1阶段：当气泡初始半径很小的时候气泡振动有周期性但是没有振荡.第2阶段：随着初始半径的增大，气泡空化程度不断加剧.数值计算得出在0.024 ms时即初始半径增大到1.6 μm时气泡空化程度最强，此时气泡最大半径与初始半径的比值为14.886.从图2可知气泡振动的等高线图中心部分是闭合的，所以笔者认为存在与空化程度最强时刻对应的最佳初始半径，因此在后面的讨论中本文将采用这个值.第3阶段：初始半径继续增大后气泡空化程度逐渐减弱直到消失.这与文献[9]的结论是一致的，但我们不仅讨论了初始半径这个参量对气泡演化的影响，而且通过大量的数值计算得到了空化程度最强时刻所对应的最佳初始半径.Pc=160 kPa，F=40 kHz，R0:0.1～20 μm图1 不同初始半径的气泡振动比较图3显示了在气泡空化程度最强的情况下，即R0=1.6 μm，Pc=160 kPa，F=40 kHz，σ=0.072 5 N/m，η=0.000 895 Pa·s时气泡振动速度与振动半径的变化关系：在气泡急剧收缩阶段随着振动半径与初始半径比值的迅速减小，气泡运动速度急剧增大，并且在气泡收缩阶段运动速度最大.由于我们考虑了液体的可压缩性，得到的最大运动速度较大，形成了较强的冲击波.Pc=160 kPa，F=40 kHz,R0：0.1～20 μm Pc=160 kPa，F=40 kHz，R0=1.6 μm图2 不同初始半径的气泡振动等高线图图3 气泡振动速度与半径关系的变化2.3 频率的影响固定R0 =1.6 μm，Pc=160 kPa，η= 0.000 895 Pa·s,σ=0.072 5 N/m不变，改变激励频率，从而研究激励频率的变化对气泡振动的影响.从图4可以看出：在频率比较小的情况下空化泡收缩有力，产生高频率的振荡且振荡过程衰减很快.它的相图在一个周期内是闭合的，因此空化泡振动是稳定的.图5表明：随着频率的增大，空化泡的振动半径与初始半径的比值减小且在相同的时间范围内周期增多，我们可以看到空化泡膨胀、急剧收缩和余振的连续性周期变化.图6表明：在激励频率非常大的时候，气泡的振动半径与初始半径的比值进一步减小，振荡趋向无规律，空化消失.(a)时序图 (b)相图图4 当R0=1.6 μm，Pc=160 kPa,频率为30 kHz时的微气泡的振动图5 当R0=1.6 μm，Pc=160 kPa，频率为60 kHz时的微气泡的振动图6 当R0=1.6 μm，Pc=160 kPa,频率为500 kHz时的微气泡的振动2.4 激励声压的影响R0=1.6 μm，F=40 kHz，Pc：140～180 kPa图7 不同激励压强下的气泡演化比较对于R0=1.6 μm的气泡，在F=40 kHz，η=0.000 895 Pa·s,σ=0.072 5 N/m时改变激励压强，研究压强的变化对气泡振动的影响.由图7可知，当驱动声压很小时，气泡没有振动.随着驱动声压的增强，气泡振荡加剧，气泡的振动半径与初始半径的比值逐渐增大.这与文献[10]的结论是一致的.适当提高声压会使气泡最大半径与初始半径之间的比值增大.但数值计算表明，过高的声压又会使气泡难以崩溃.2.5 气泡的稳态空化域从对以上数据的分析可知，初始半径、频率和激励压强对空化泡振动有较大的影响.通过对大量的数据进行筛选,得出气泡在这些参量的某些范围内存在稳态空化域，在稳态空化域内气泡空化程度好并且振动形式稳定.其中，稳态空化域中的某些部分构成了最佳稳态空化域.从图8可知，在80、130、160 kHz和25 kHz这4个值附近有最佳稳态空化域，在这些区域里空化泡不但振动形式稳定而且收缩过程有力、振荡持续时间短、衰减很快.文献[9]中理论计算得出在200和800 kHz附近存在最佳稳态域，并且得到了实验证明.与之不同的是，由于笔者考虑了液体的可压缩性，因此得到的最佳稳态区域相对较多，这就使实验的可控性得到了改善，说明在频率的另外一些范围内也存在最佳稳态域，从而为人们在实际应用中提供了更大的可参考范围.图8 稳态空化域和最佳稳态空化域3 结论用数值分析方法，采用改进的初始半径模拟了单一空化泡的动力学过程，考虑了初始半径、频率和激励压强对气泡空化形态及其稳定性的影响，得到了一些重要的结果：气泡振动半径与初始半径的比值随气泡初始半径的增大而增大.通过比较分析发现：初始半径为1.6 μm 处空化程度最强，如果继续增大初始半径则空化程度减弱甚至消失；气泡振动半径与初始半径的比值随着频率的增大而减小，过高的频率使声空化难以发生；提高声场声压会加剧气泡崩溃程度，但过高的声压又使气泡难以崩溃.在这些参数的某些范围内存在稳态空化域，在频率为80、130、160kHz 和25 kHz附近有最佳空化带.与文献[9]相比，发现在考虑了液体的可压缩性之后得到的最佳空化带范围更多，这就提高了实验的可控性.影响气泡空化的因素是多方面的，只有恰当地选取各个参数才能保证空化的稳定性.如何从理论上进一步修正空化气泡的运动方程，使它更符合实际的气泡运动过程非常重要.以上工作一方面研究了不同激励参数对气泡动力学过程的影响，另一方面也为超声实际应用中选择适当的参数从而增强空化效应提供了一定的理论依据.参考文献：[1]张德俊,汪承灏.单一空化气泡运动的高速摄影的实验研究[J].声学学报,1966，3(1):14-20.[2]张振宇,王起棣,张慧生.表面张力对近固壁二空化泡影响的数值研究[J].力学学报,2005,37(1):100-104.[3]刘海军,安宇.水蒸气对声致发光单气泡稳定性的影响[J].物理学报,2003,52(3):620-625.[4]Pestman J M,Engberts J B F N,Dejong F.Sonochemistry theory and applications[J].J Royal Netherlands Chem Soc,1994,113(12):533-542.[5]Leighton T G.The Acoustic Bubble[M].London:Academic Press,1994.[6]程茜,钱梦碌.超声微泡造影剂的低频动力学行为[J].声学技术,2006,25(4):292-298.[7]钱梦碌.超声造影剂及其应用[J].声学技术,2004,23(3):1-2.[8]Murata Y,Watanabc Y.Observation of vibration modes due to a small change in the initial radius of a microscopic bubble driven by intensive sound in water[J].Ultrasonics,1996,34(4):531-535.[9]陈谦,邹欣晔,程建春.超声波声孔效应中气泡动力学的研究[J].物理学报,2006,55:6476-6481.[10]Huang Wei,Chen Weizhong,Liu Ya′nan,et al.The evolut ion of the cavitation bubble driven by different soundpressure[J].Ultrasonics,2006,44(增刊1):407-410.。
气泡动力学研究
气泡动力学研究A.ShimaProfessor Emeritus of Tohoku University, 9-26 Higashi Kuromatsu, Izumi-ku, Sendai 981, Japan Received 17 June 1996 / Accepted 15 August 1996摘要：为了弄清楚与空化现象密切相关的气泡的特性，气泡动力学的研究已经深入的进行并且建立了其研究领域。
本文旨在结合激波动力学简单的介绍气泡动力学及其历史。
关键字：气泡、空化、脉冲压力、液体射流、冲击波、损害坑。
1引言在1894年的英格兰，当船在高速螺旋桨推动下试运行的时候达不到设计速度。
为了查清这种现象的原因而设计了一个试验并最终发现了空化现象。
从那时起，空化现象的研究日益进展，因为空化现象是阻碍工作在流体环境中的水力机械性能提高的一个重要因素。
然而，现在为了根本的理解空化现象及其相关内容，人们已经意识到应该研究气泡动力学。
作者研究空化现象和气泡动力学四十多年，本文简单介绍一些气泡动力学研究及其与冲击波动力学的联系。
2空化和气泡核水在水轮机，水泵，螺旋桨和带有各种沟渠的水力机械中流过，当液体和固态水翼的表面或者沟槽壁的相对速度变得如此大以至于局部水流的静压力减小到极限压力以下时空化现象就出现了，这个极限压力被称为空化初始压力。
通常情况下当水中不满足空化条件时，称为气泡核的小气泡是不存在的，水能抵抗非常大的负压，空化现象不能轻易的发生。
然而，水中通常包含几个百分点的空气，因此在这种情况下气泡核生长称为可见的气泡和容易被告诉摄影观察到（Knapp and Hollander 1948）。
这就是所谓的空化现象。
同样地，假设有一个气泡核半径为，在液体中随着温度变化而生长，气泡存在和稳定的条件通过由静力平衡关系得到的公式给出（Daily and Johnson 1956）。
上式中σ是液体的表面张力，是液体饱和蒸汽压，P是液体压力。
空泡动力学特性的研究进展
ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｏ ｆ ｂ ｕ ｂ ｂ ｌ ｅ ｗｅ ｒ ｅ ｐ ｒ ｏ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｅ ｄ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： ｂ ｕ ｂ ｂ ｌ ｅ； ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ｓ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｉｓ ｒ ｔ ｉ ｃ ｓ ； ｎ ｕ ｃ ｌ ｅ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ； ｒｏ ｇ ｗｔ ｈ； ｃ ｏ ｌ ｌ ａ ｐ ｓ ｅ
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｄｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ｓ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｉｓ ｒ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ ｂ ｕ ｂ ｂ ｌ ｅ ａ ｒ ｅ ｔ ｈ ｅ ｋ ｅ ｙ ｔ ｏ ａ ｃ ｈ ｉ ｅ ｖ ｉ ｎ ｇ ｓ ｐ ｅ ｃ ｉ ａ ｌ ｆ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ． Ｔ ｈ ｅ ｅ ｖ ｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｂ ｕ ｂ ｂ ｌ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ａ ｉ ｎ ｓ ｎ ｕ ｃ ｌ ｅ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ， ｇ ｒ ｏ ｗｔ ｈ ａ ｎ ｄ ｃ ｏ ｌ ｌ ａ ｐ ｓ ｅ ． Ｗａ ｙ ｓ ａ ｎ ｄ ｂ ａ ｓ ｉ ｃ ｐ ｉｎ ｒ ｃ ｉ ｐ ｌ ｅ ｓ ｆ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｅ ｏ ｆ ｂ ｕ ｂ ｂ ｌ ｅ ｄ ｕ ｉｎ ｒ ｇ ｒｏ ｇ ｗ ｔ ｈ ｓ ｔ ａ ｇ ｅ， ａ ｎ ｄ
得到应用 。
望。
１ 空 泡 的 成 核 方 式
空泡成核是研究 空泡动力 学特性 的基础 。早期研
究 中的空泡成核 方式 比较单一 ，具有不可控性 。随着 研究 中对不同尺度 、种类 空泡 的扩展 ，空泡成核方式 的种类也逐渐丰富起来 ，且具 有较强 的可操 控性 。
１ ． １ 文丘里管成核
Ｑｉ ｕ Ｃｈ ａ ｏ Ｚｈ ａ ｎ ｇ Ｈｕ ｉ ｃ ｈ ｅｎ Ｌ ｉ ａ ｎ Ｆ ｅ ｎ ｇ
固壁面附近空泡溃灭研究
第29卷 第1期南京邮电大学学报(自然科学版)V o.l 29 N o.1 2009年2月Journa l o f N an jing U niversity of Posts and T e lecomm un i cations(N atura l Sc i ence)F eb .2009固壁面附近空泡溃灭研究赵 瑞1,梁忠诚2,徐荣青2,陆 建3,倪晓武31.南京邮电大学微流控光学技术研究中心,江苏南京 2100032.南京邮电大学光电工程学院,江苏南京 2100033.南京理工大学应用物理系,江苏南京 210094摘 要:采用自行研制的基于光偏转原理的力学传感器及压电陶瓷探针式水听器PZT,对激光诱导的空泡在固壁面附近溃灭进行了实验研究。
结果表明,在脉冲激光作用下,空泡溃灭将依次产生射流和声脉冲,且射流产生时刻早于空泡溃灭时刻;空泡溃灭过程中泡能转换为声能的比例随脉动次数增加而增大;比较实验所得的声脉冲信号和射流信号,得到了声脉冲是空泡第二次溃灭过程中主要衰减方式的结论。
关键词:力学传感器;声脉冲;射流;激光中图分类号:TN247 文献标识码:B 文章编号:1673-5439(2009)01-0083-04Experi m ental Investigati ons of Laser -i nduced Cavitati onBubble Collapse Noise Near Soli d BoundaryZHAO Rui 1,L I ANG Zhong -cheng 2,XU R ong -q i ng 2,LU Ji an 3,N I X i ao -wu31.Cen ter f or Op t oflu i d i c T echnol ogy ,Nan ji ng U nivers it y of Posts and T el eco mm un i cati on s ,Nan ji ng 210003,Ch i na2.College ofOp t oel ectron i c Engi neeri ng ,Nan ji ng Un i versit y of Posts and Teleco mmun ications ,Nan ji ng 210003,C hina3.D epart m en t of App li ed Physics ,Nanji ng Un i versity of Science and Technology ,Nan ji ng 210094,Ch i naAbst ract :A nove l force sensor based on optical bea m deflecti o n w as developed to i n vestigate the m echan -ica l effects of iron sheet duri n g cav itation bubble co llapse near solid boundary in w ater .The acoustic tran -sient rad iated by bubb le co llapsing is also stud i e d experi m entally by PZT hydr ophone .The effects of the bubble energy ,as we ll as the d i m ensi o nless para m eter ( =L /R max ),R B maxB is the m ax i m um bubble ra -d i u s and L is the distance of a cav ity i n cepti o n fr o m a boundary)on t h e acoustic radiation duri n g cav itat-i on bubb le co llapsing near solid w all are analyzed .The exper i m enta l resu lts are sho w n that the targe t is i m pacted i n tur n by laser -generated ablation force and h i g h -speed liqu i d -jet i m pulse i n duced by bubble co llapses .The liqu i d -jet for m ati o n appears earlier than t h e acoustic transi e n.t Furt h er m ore ,the percen-t age of bubb le energy turning into the acoustic transi e n t ener gy increases w ith t h e osc illati o n .Co m pared the a m plitudes of the second li q u i d -j e tw ith the a m plitude o f the acoustic transient duri n g t h e second du -rati o n ,w e deduce that the acousti c transi e n t rad iated by cav ita i o n bubb l e is the m ai n attenuation m ode .The resu lts are o f va l u es i n theoretica l and app li e d research i n the laser -m atter i n teracti o n w ater .K ey w ords :force senso r ;acoustic transien;t liquid -je;t laser收稿日期:2008-07-04;修回日期:2008-11-10基金项目:国家自然科学基金(60578015,60778007,60878037)和南京邮电大学攀登计划(NY206076,NY207030)资助项目通讯作者:倪晓武 电话:(025)84315075 E-m ai:l nxw@m ai.l n j u st .edu .cn0 引 言空化是流场中局部压强低于相应的临界压强时所产生的物理现象[1-5]。
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
热水供热系统中空泡的形成和溃灭
热水供热系统中空泡的形成和溃灭清华大学热能系蔡启林北京建筑工程学院李锐内容提要本文研究了热水供热系统中空泡形成和溃灭的原因，提出了计算热水供热系统中空泡形成和溃灭的一种有效方法，可以用来分析系统的动态变化情况，为完善供热系统设计、制定操作运行规程提供科学依据．主题词热水供热系统空泡溃灭水锤一、前言随着我国集中供热事业的迅速发展，供热网的规模随之扩大，复杂程度相应提高，大型的集中供热系统一旦出现事故会带来社会影响，所以必须提高供热输配管网的安全性和可靠性。
管路系统中由于阀门误动作或事故停泵等原因造成的流体速度变化会产生具有破坏性的水锤．调查表明，很多事故都起因于管道内产生气泡，并随气泡溃灭引起水烫。
由于供热系统的水温较高，相对来说水的汽化压力也较高，出现水锤时一方面出现压力的急剧升高和降低，另一方面压力下降达到水的汽化压力时，使水汽化，极易发生气泡，产生空穴，重则产生空泡溃灭水锤，轻则产生汽蚀，降低了管道的使用寿命．上述问题在热水供热系统中比在一般的输液系统中要严种得多，是一个不容忽视的问题。
本文研究了热水供热系统中空泡形成和溃灭的原因，提出了分析热水供热系统中空泡溃灭水锤的可行方法．二、空泡的形成在供热系统管道中如果发生压力减小的现象，就会引起一个向下游传递的负压波，从而降低供热管道中的流速：而下游的水在波到达以前，仍以原来的速度运动，管道中这两部分水流速度的差别，相当于使水柱受到拉伸，而水是不抗拉伸的，当压力降低到汽化压力时，管内形成蒸汽穴．当水柱处于汽化压力下，其内部产生空泡，这种现象称为液柱分离．如果管内水中含有溶解的空气，那么压力下降到一定程度以后，原来溶解在水里的气体就会释放出来，这种现象称作气体透出。
气体在出是一个缓慢的过程，在管道中压力发生瞬变的情况下，负压波持续的时间不会很长，所以只有少量气体逸出；但是，这些少量气体将会影响水锤波传播速度．显然在液体压力降到汽化压力之前，溶解于水中的空气就会以汽泡形式放出．除了向下游传播的负压波会产生液柱分离外，当下游侧减压时，例如起动一个泵或开启一个阀门，也可能导致泵前、阀前管道内的液柱分离，形成空泡．在空泡形成以后，其体积会继续扩大，直到空泡前后的两个水柱的速度相等为止．在热水系统中，空泡形成的几率是很高的。
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在舰船研究领域，航行体出水过程中空泡溃灭特性及其影响研究为研究船舶稳定性、抗荡能力和航行安全性提供了重要依据。
本文就航行体出水过程中空泡溃灭的特性和影响进行综述，以期为未来的研究及实验指明正确的方向。
一、空泡溃灭特性空泡在航行体出水过程中一般由潜水艇脱水孔的水流，或者船艏的压力水流造成，由于空泡涡流的不稳定性，它会经历持续的溃灭过程，它的溃灭特性可以分为三个阶段：涡发展、衰减和涡湮没。
1.发展当空泡在水中运动时，会产生一定的压力降，将周围的水流吸纳。
由于水的惯性，它们会向空泡中心运动，形成一个压力低的逆流区域。
在这一阶段，空泡的大小会迅速增加、形状会变圆、温度会快速上升。
2.减当涡发展过程受到水粘性、摩擦力和水温等因素的限制时，空泡会出现衰减过程，它会持续减小，直到形成一股脉冲流，最后它会非线性消失。
3.湮没在空泡溃灭前最后一个阶段，因水粘性、摩擦力和水温等因素消散机制，空泡会被折叠湮没，形成一堆混乱的温度和流速的涡流，最终空泡完全消失。
二、空泡溃灭特性的影响空泡溃灭特性对航行体行为及航行安全有很大影响。
当航行体出水过程中空泡涡流溃灭时，它会释放出大量的能量，以及水流、温度和湍流梯度的瞬变，这些瞬态变化会影响航行体的行为，增大船舶的稳定性和抗荡能力。
此外，空泡涡流的溃灭过程还会产生声波，声波和水流的相互作用会影响船舶的行为，在实际的航行中，声波的影响可能会造成航行安全的损失。
三、结论在研究航行体出水过程中空泡溃灭特性及其影响时，要全面考虑上述过程中水流、声波、温度及湍流梯度等因素，以深入了解它们对船舶行为及航行安全的影响。
本文简要概括了航行体出水过程中空泡溃灭的特性，以及它们对航行体的影响，为未来的研究及实验提供了参考。
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单空泡溃灭过程的动力学特性研究
单空泡溃灭过程的动力学特性研究
摘要：
空泡溃灭是液体中常见的现象，其在许多科学和工程领域中具有重要的应用价值，例如在海洋工程中的超声波清洗、钢铁冶炼中的气泡除尘以及核工程中的燃料棒传热等。
本文通过对单个空泡溃灭过程的动力学特性的研究，分析了溃灭速率、溃灭压力和溃灭温度等关键参数对溃灭过程的影响，并探讨了溃灭过程中的能量转换机制。
结果表明，空泡溃灭过程的动力学特性受到多个因素的影响，其中液体的物性、气泡尺寸和环境条件等因素对溃灭过程起到关键作用。
本研究为进一步理解和优化空泡溃灭过程提供了有价值的参考。
关键词：空泡溃灭；动力学特性；溃灭速率；溃灭压力；溃灭温度
1. 引言
在自然界和工作中，空泡溃灭是一种普遍存在的现象。
空泡溃灭是指液体中的气泡在相变过程中，从存在到消失的过程。
其过程包括了液体中气泡的扩散、收缩和瓦解等阶段。
空泡溃灭现象广泛应用于海洋工程、能源工程和生物医学等领域。
因此，研究空泡溃灭过程的动力学特性对于深入理解其机理并优化应用具有重要意义。
2. 空泡溃灭的动力学特性
在空泡溃灭过程中，关键的动力学特性包括溃灭速率、溃灭压力和溃灭温度等。
溃灭速率是指气泡在空泡溃灭过程中的消散速度，其决定了溃灭过程的快慢。
溃灭压力是气泡溃灭时液体对其施加的压力，其大小决定了溃灭过程中的能量释放。
溃灭
温度是指在空泡溃灭过程中液体的温度变化，其与溃灭过程中的热耗散和传导有关。
2.1 溃灭速率的影响因素
溃灭速率受到多个因素的影响，其中液体的物性是影响溃灭速率的重要因素之一。
液体的粘度越大，溃灭速率越慢。
此外，气泡的尺寸也会影响溃灭速率。
较大的气泡由于相变较慢，溃灭速率较小。
环境条件也会对溃灭速率产生影响，例如温度、压力和浓度等。
2.2 溃灭压力的影响因素
溃灭压力受到液体的物性和气泡的尺寸等因素的影响。
液体的表面张力越大，溃灭压力越小。
此外，气泡的尺寸也会影响溃灭压力，较小的气泡由于体积小，溃灭压力较大。
2.3 溃灭温度的影响因素
溃灭温度受到溃灭过程中的热耗散和传导等因素的影响。
在空泡溃灭过程中，由于相变会释放热量，导致液体的温度升高。
此外，液体的热导率也会对溃灭温度产生影响。
3. 能量转换机制
在空泡溃灭过程中，液体的物性、气泡尺寸和环境条件等因素会导致能量的转换和传递。
相变过程中的能量释放主要来源于液体的热释放。
溃灭过程中的压力变化引起的气泡膨胀和收缩也会产生能量转换。
此外，液体的振荡和湍流等现象也会对能量转换产生影响。
4. 结论
通过对单空泡溃灭过程的动力学特性的研究，我们发现空泡溃灭过程受到多个因素的影响，包括液体的物性、气泡尺寸和环境条件等。
溃灭速率、溃灭压力和溃灭温度等是关键的动力学特性，它们对于空泡溃灭过程的理解和优化具有重要意义。
本
研究为进一步深入研究空泡溃灭过程的机理以及优化应用提供了有价值的参考
通过对单空泡溃灭过程的研究，我们发现液体的物性、气泡尺寸和环境条件等因素对溃灭速率、溃灭压力和溃灭温度等动力学特性有重要影响。
液体的表面张力和液体的热导率越大，溃灭压力和溃灭温度越小。
而较小的气泡由于体积小，溃灭压力较大。
在溃灭过程中，相变释放的热量是主要的能量转换来源，而气泡膨胀和收缩以及液体的振荡和湍流等现象也会对能量转换产生影响。
这些研究结果对于理解空泡溃灭过程的机理和优化应用具有重要意义。
进一步研究空泡溃灭过程的机理和优化应用将有助于提高工程和科学领域中的液体处理和能量转换效率。