刘为 杨日福

摘 要：为探究超声空化泡在亚临界水中的动力学行为，本文基于流体控制方程和多相流模型，使用计算流体力学仿真软件对亚临界水中的超声空化泡进行建模与数值仿真，研究了空化泡从在运动过程中的形态变化，以及流体区域内速度，压力的分布变化，并对影响空化泡动力学行为的因素进行探究。结果表明，在同等条件下，常温水中的空化效果比亚临界水中的空化效果更好;在同样的频率，振幅的超声中，流体压力越小，温度越高，空化程度越剧烈。

关键词：亚临界水;超声;空化泡

中图分类号：TB55 文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2021）05-0141-06

Study on the Dynamics of Ultrasonic Cavitation Bubbles in Subcritical Water

Liu Wei， Yang Rifu

（School of Physics and Optoelectronics， South China University of Technology， Guangzhou 510640，China ）

Abstract：In order to explore the dynamic behavior of ultrasonic cavitation bubbles in subcritical water， this paper uses computational fluid dynamics simulation software to complete the modeling and numerical simulation of cavitation bubble in subcritical water based on fluid control equations and multiphase flow models. The morphological changes of cavitation bubbles during the movement process， and the distribution changes of velocity and pressure in the fluid region are studied. The factors affecting the dynamic behavior of cavitation bubbles are investigated. The results show that the cavitation effect of normal temperature water is better than that of critical water under the same conditions. At the same frequency and amplitude， the lower the fluid pressure， the higher the temperature， and the more severe the cavitation.

Key words：subcritical water ;ultrasonic ;cavitation bubble

0 引言

亞临界水是沸点在100℃（212°F）和临界温度374℃（705°F）之间的液态水，也被称为“过热水”。使用超声耦合亚临界水萃取?清洗等是一项环保?高效的新型技术[1]。目前国内外对此技术的研究以实验为主：闵志玲等人对传统的分离香菇中多糖的方法进行了优化，采用超声强化亚临界水，以提取香菇中的多糖，最终得率明显高于传统方法[2]。Qin Ma采用超声增强亚临界水提取高良姜中的精油，实验证明超声增强亚临界水提取在高效?省时?环保方面优于其他提取方法[3]。虽然，理论方面有Rayleigh-Plesset方程及其不断完善和修正以描述空化气泡的运动特性， 但无法得到空化泡实际生长溃灭过程的直观描述，因此，用Rayleigh-Plesset方程研究空化机制也有一定的局限性。

近年来，随着数字计算机的飞速发展，计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics）始终处于流体力学和传热学等学科……