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【6h】

附壁空化泡近自由液面溃灭特性研究

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摘要

1 绪论

1.1 课题研究背景与意义

1.2 国内外研究概况

1.2.1 国外研究概况

1.2.2 国内研究概况

1.3 课题的研究内容

2 空化现象概述及空化泡动力学基础

2.1 空化现象概述

2.1.1 空化概念

2.1.2 空化数及空化分类

2.2 球形空化泡动力学

2.2.1 球形空化泡的膨胀

2.2.2 球形空化泡的溃缩

2.2 近壁面处空化泡动力学

2.3 本章小结

3 水平壁面上空化泡近自由液面溃灭数值分析

3.1 数值计算相关理论

3.1.1 控制方程

3.1.2 流体体积分数模型

3.1.3 数值计算步骤

3.2 模型建立

3.2.1 网格划分

3.2.2 边界条件设置

3.3 计算参数设置

3.4 空化泡溃灭特性分析

3.4.1 空化泡溃灭形态

3.4.2 自由液面射流现象

3.4.3 速度流场分布

3.4.4 壁面压强分布

3.5 本章小结

4 竖直壁面上空化泡近自由液面溃灭数值分析

4.1 几何模型

4.1.1 网格划分

4.1.2 边界条件设定

4.2 参数设置

4.3 不同α情况下附壁空化泡溃灭特性分析

4.3.1 空化泡溃灭形态

4.3.2 回弹泡和自由液面射流

4.3.3 空化泡溃灭时的速度场和壁面压强分布

4.3.4 回射流速度场和壁面压强分布

4.4 不同H情况下附壁空化泡溃灭特性分析

4.4.1 空化泡溃灭形态

4.4.2 回弹泡与自由液面射流

4.4.3 空化泡溃灭时的速度场和壁面压强分布

4.4.4 回射流速度场和壁面压强分布

4.5 本章小结

5 表面张力对附壁空化泡溃灭特性的影响

5.1 表面张力对空化泡溃灭形态和时间的影响

5.2 表面张力对回弹和自由液面射流的影响

5.3 表面张力对速度流场的影响

5.4 表面张力对空化泡溃灭时的壁面压力影响

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢

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摘要

当液体中局部流场压力下降到饱和蒸汽压力时,周围液体便由液相变成气相,形成空化。空化现象广泛存在于水力机械、高速水洞、水中兵器、水翼、水泵、螺旋桨等场合,是制约水力机械、水中兵器等发展的重要原因。尤其是,空化泡溃灭产生的高速射流和冲击压力对物体壁面会产生严重的空蚀破坏。目前能检索到的针对附壁空化泡近自由液面溃灭现象的研究成果较少,对溃灭现象的描述各有侧重。本文以附着在固体壁面上的空化泡为研究对象,利用Fluent软件对附壁空化泡近自由液面溃灭特性进行数值分析。
  本文采用流体体积分数(VOF)模型和非稳态方法求解Navier-Stokes方程,首先研究了水平固体壁面与自由液面之间不同距离条件下附壁空化泡的溃灭形态、溃灭压力场和溃灭速度场分布;其次在不同液面夹角和不同液面高度条件下对竖直壁面上的附壁空化泡的溃灭特性进行了数值分析;最后探讨了表面张力对竖直壁面上的附壁空化泡溃灭时间、溃灭压力和回弹现象的影响。
  研究结果表明,利用Fluent软件中VOF模型研究附壁空化泡近自由液面溃灭现象具有可行性。在水平壁面的附壁空化泡溃灭过程中,随着自由液面与壁面距离的缩短,溃灭时间减小,自由液面射流强度随之增加,溃灭方式随之改变;空化泡溃灭方式改变之后,壁面上的溃灭压力减小,溃灭速度流场分布发生明显改变。在竖直壁面上附壁空化泡溃灭过程中,随着夹角的减小或液面高度的减小,溃灭时间呈递减趋势,回弹现象随之出现,回弹现象对自由液面射流速度和方向产生影响。在计入表面张力后,溃灭时间缩短,溃灭点发生变化,溃灭压力冲击变大;自由液面射流提前发生。

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