朱 坤, 沃恒洲, 徐玉福, 胡献国

(合肥工业大学机械与汽车工程学院,安徽合肥 230009)

空化是一种普遍存在的物理现象,它广泛存在于水轮机、水泵、阀门和闸门、船舶螺旋桨、水翼、声纳、水射流加工和清洗设备以及发动机的喷嘴之中[1-2]。文献[3]提出了空泡运动模型;文献[4-5]进行了空泡溃灭和壁面空蚀等相关实验,得到了计算结果;文献[6-10]采用数值计算方法求解球形空泡的溃灭过程。这些研究都忽略了流体物性(表面张力、黏度等)对气泡溃灭过程的影响。固壁附近空化泡的溃灭不仅会造成船舰、潜艇螺旋桨和其他水力机械表面的气蚀损坏,影响其使用寿命,而且还会改变它们的动力特性。本文对空泡溃灭特性进行研究,以便于深入研究空化的机理。

文献[11-18]的研究表明,流体的黏度和表面张力对气泡的影响是明显的。其中,文献[11]采用边界积分数值模拟方法研究了表面张力对固壁近旁空化气泡溃灭特性的影响;文献[12]研究了流体黏度对空泡共振频率的影响;文献[13]分析了流体黏度对空泡射流形成的影响;文献[15]研究了数值模拟分析流体黏度对空泡的上升速度的影响;文献[17-18]研究了液体黏度和表面张力对电火花放电引起的空泡特性的影响。这些研究表明,液体黏度和表面张力是决定空泡溃灭速度和性质的基本因素,影响着空泡的溃灭过程。

本文基于FLUENT软件环境模拟近壁面空泡溃灭过程,通过数值模拟分析,研究流体物性的变化对气泡溃灭的影响,并分析由于空泡溃灭所产生的高速射流对壁面空蚀形成的影响。……