不同半徑摻氣泡對空泡動力學特性影響的研究.pdf

1、隨著水利水電事業(yè)的發(fā)展,高壩泄洪建筑物日益增多,高速水流成為普遍關注的問題,如摻氣、空化空蝕、脈動振動、消能防沖等。尤其在溢流壩、泄洪洞、溢洪道等泄洪建筑物中,當水流速度達到一定程度時,水流壓強低于相應的飽和蒸汽壓強,產生空化現象。空化水流由低壓區(qū)流到較高壓力區(qū)便會產生空蝕破壞。為了減免高速水流空化產生的空蝕破壞,經濟且有效的措施是在低壓空化區(qū)或在易發(fā)生空蝕部位上游設置摻氣設施強迫摻氣。迄今為止,人們只對空泡與空泡之間的相互作用進行過研

2、究,而對空化區(qū)、空蝕區(qū)水流摻氣后形成的摻氣泡與空泡之間的相互作用的研究,尚未見有文獻報導。因此,開展摻氣泡與空泡相互作用的研究是非常必要的。
　　 本文從理論、數值模擬和試驗方面研究了摻氣條件下水流空化區(qū)、空蝕區(qū)的空化特性及粘性可壓縮液體中空泡與摻氣泡相互作用的控制方程,系統(tǒng)討論了不同空泡初始半徑和不同摻氣泡初始半徑對空泡泡壁脈動特性的影響。
　　 首先通過空泡與空泡運動方程的研究,建立水流空化區(qū)能量守恒方程,數值分析了

3、不同流速下圓柱突體誘導的空化區(qū)中的空化特性。研究表明:同一流速下空泡半徑隨著摻氣濃度的增加而減小;流速越高,摻氣濃度越大,空泡半徑越小。同一流速下空化數隨摻氣濃度的增加而增大;低流速下空化數最大值遠大于高流速下空化數最大值。然后通過對水流空泡動力學的研究,建立了摻氣條件下空泡潰滅時所誘導的泡周圍水體壓力脈沖方程,考慮了不同流速不同摻氣濃度對空泡潰滅的影響,揭示了空泡在水體中的潰滅特性,數值模擬了空化數對空泡潰滅的影響規(guī)律。研究表明:空化

4、數隨著摻氣濃度的增加而增加,減弱了空泡潰滅時的空蝕破壞能力;低流速下空化數隨摻氣濃度增加較大,高流速下空化數增加較小;流速越高,摻氣濃度越低,空化數越小。
　　 其次,考慮含有一定量蒸汽的空泡和摻入一個大氣壓空氣的摻氣泡之間的相互作用,建立了球形和偏離球形的空泡與摻氣泡相互作用的運動方程組模型。利用PLK攝動方法從理論上研究了可壓縮性粘性液體中摻氣泡對空泡運動的影響,求得了球形空泡與摻氣泡速度勢的一階和二階漸近解,進而推導出空泡

5、與摻氣泡相互作用的一階和二階耦合方程組,方程組體現了空泡與摻氣泡相互作用對空泡生長和潰滅的影響,不僅依賴于空泡與摻氣泡的初始半徑,各自的泡壁速度以及空泡的含氣量,還依賴于空泡與摻氣泡之間的距離。
　　 最后,根據所建立的粘性可壓縮液體中球形空泡與摻氣泡相互作用的耦合方程組模型,通過數值模擬研究了不同半徑摻氣泡對空泡潰滅半徑及空泡泡壁壓力的影響。研究表明:摻氣泡的作用使空泡潰滅的最小半徑減小,潰滅時間延長,延緩了空泡的潰滅。隨摻氣