固壁面附近空化泡溃灭过程的数值模拟

王效贵,罗冲,顾桢标

(浙江工业大学 机械工程学院，浙江 杭州 310014)

摘要：通过数值模拟研究空化泡与固壁的距离(γ)、空化泡大小和环境围压对单个空化泡溃灭的影响.结果表明：随着空化泡与壁面的间距减小，空化泡的非对称变形越来越明显，从形成射流到最终溃灭的时间不断增加，最大射流速度和溃灭压力都随之减小；空化泡大小对射流速度的影响不大，尽管溃灭压力随着空泡半径的增大而相应增大，但变化幅度很小；当环境围压增大，最大射流速度和溃灭压力都大幅度增大，溃灭压力在γ=2.0时的增幅甚至接近一个数量级.

关键词：空化泡；溃灭；射流速度；围压；数值模拟

收稿日期：2015-03-04

基金项目：国家自然科学基金资助项目(51175469)

作者简介：王效贵(1973—)，男，山东青州人，教授，研究方向为结构完整性，E-mail：hpcwxg@zjut.edu.cn.

中图分类号：O359.1

文献标志码：A

文章编号：1006-4303(2015)05-0512-05

Abstract:The effect of the distance between cavitation bubble and the rigid wall (γ), the size of cavitation bubble and ambient pressure on the collapse process of a single cavitation bubble near a rigid wall was numerically investigated. The results show that associated with the decrease of γ the asymmetric deformation of cavitation bubbles becomes more obvious, the time from jet formation to final collapse increases, and both maximum jet velocity and collapse pressure decrease. The size of cavitation bubble has insignificant effect on jet velocity and collapse pressure. The maximum jet velocity and collapse pressure increase significantly with the increase ambient pressure, and the increase of collapse pressure is even close to an order while γ=2.0.

Keywords:cavitation bubble; collapse; jet velocity; ambient pressure; numerical simulation

Collapse simulation of a cavitation bubble near a rigid boundary

WANG Xiaogui, LUO Chong, GU Zhenbiao

(College of Mechanical Engineering, Zhejiang University of Technology, Hangzhou 310014, China)

当液体中局部压力低于某一温度下的临界空化压力时，气核急剧膨胀形成空化泡，泡内的主要成分为水蒸汽.空化泡在内外压差作用下溃灭，产生非常高的冲击压力和高速射流.空泡溃灭是造成空蚀的主要原因[1]，空蚀会造成水力机械设备的损坏，比如在叶轮泵和螺旋桨的叶片表面形成空蚀凹坑[2].另一方面，空化水射流喷丸技术，则是利用空化泡群在固体边界附近溃灭时产生的GPa量级冲击压力波来强化金属材料表面，从而显著提高构件表面完整性[3].为避免高速水流空化……