魏梦举 陈力 伍涛 张鸿雁 崔海航

(西安建筑科技大学环境与市政工程学院,西安 710055)

微尺度空泡溃灭驱使微球运动的机理研究∗

魏梦举 陈力 伍涛 张鸿雁 崔海航†

(西安建筑科技大学环境与市政工程学院,西安 710055)

(2017年3月23日收到;2017年6月2日收到修改稿)

受限空泡的溃灭是气泡动力学的核心问题,研究表明毫米尺度的空泡溃灭可以拉动附近同尺度的悬浮颗粒运动.本文针对受限空泡溃灭在微尺度下的行为开展研究,通过气泡驱动的球形微马达实验,给出了微气泡溃灭形成射流从而显著推动马达前进的现象,但由于溃灭时间很短,MicroPIV系统不能给出足够的流动细节.进而采用基于流体体积的数值手段模拟了这一过程,获得了流场的时空分布,并通过积分估算了微球获得的冲量,给出了微球所能达到的速度.结果表明这一问题与尺度密切相关,微尺度下空泡溃灭足以推动微球显著运动,在气泡尺寸固定的情况下,微球半径越小,微球与气泡间距离越近,推动的效果越明显.冲量定理则定性地解释了宏观尺度与微尺度下存在差异的原因.这一特殊的微流动问题不但扩展了空化研究的尺度范围,揭示了微尺度下空泡与颗粒作用的特性,而且对提高微马达的驱动效率也具有重要意义.

空泡溃灭,微马达,流体体积,微流动

1 引 言

空化是流体力学领域的经典问题[1−6].空化泡一般通过升温或降压的手段由液体气化形成,当外部温度或压强……