泡群潰滅的直接模擬及統(tǒng)計(jì)特性分析.pdf

1、空化是液體環(huán)境中常見(jiàn)的兩相流動(dòng)。空化現(xiàn)象十分復(fù)雜，屬于多層次的泡動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，具有非定常性、高非線性等許多特點(diǎn)，并且涉及相變過(guò)程，人們對(duì)其機(jī)理還缺乏全面的認(rèn)識(shí)。大部分空化現(xiàn)象涉及泡群的潰滅。泡群潰滅中，氣泡間的相互作用對(duì)泡群的整體潰滅過(guò)程、局部的高頻壓力脈沖、射流的形成等都有十分重要的影響。本文采用基于VOF的直接數(shù)值模擬方法，分別對(duì)1個(gè)泡、2-27個(gè)泡和百個(gè)量級(jí)的不可凝氣泡的潰滅過(guò)程進(jìn)行了模擬計(jì)算，著重關(guān)注泡間相互作用對(duì)氣泡潰滅過(guò)程的影

2、響，包括潰滅速率、高頻壓力脈沖、潰滅時(shí)間等。
　　單泡潰滅過(guò)程中，外部驅(qū)動(dòng)壓力將驅(qū)使氣泡內(nèi)外形成負(fù)壓梯度，從而使氣泡半徑收縮。隨著氣泡體積的縮小，泡內(nèi)壓力增大。潰滅后期，當(dāng)氣泡內(nèi)部壓力超過(guò)外部高壓時(shí)，在氣泡內(nèi)外形成正壓梯度，從而抑制氣泡體積的縮小，潰滅速率減慢，最后達(dá)到最小體積。同時(shí)，泡內(nèi)壓力達(dá)到最大峰值。
　　周圍存在其他氣泡時(shí)，氣泡的潰滅過(guò)程明顯不同于單泡。周圍氣泡的存在將延遲氣泡的潰滅過(guò)程，同時(shí)增大潰滅時(shí)達(dá)到的泡內(nèi)壓力

3、峰值。理論定性分析發(fā)現(xiàn)，周圍存在其他氣泡時(shí)，氣泡運(yùn)動(dòng)不單受遠(yuǎn)場(chǎng)壓力的驅(qū)動(dòng)，還受周圍氣泡誘導(dǎo)的壓力場(chǎng)的影響。周圍氣泡潰滅時(shí)，其誘導(dǎo)壓力先減小后增大，從而使中心氣泡的潰滅過(guò)程產(chǎn)生先延遲后加速的特征。定量分析表明，隨著氣泡間距的減小或周圍氣泡數(shù)的增多，氣泡的潰滅時(shí)間增長(zhǎng)，潰滅時(shí)的壓力峰值增大，潰滅過(guò)程的延遲和局部加速特征明顯。
　　上百個(gè)泡的泡群潰滅過(guò)程中，外側(cè)的氣泡先發(fā)生潰滅，隨后壓力從外部向泡群內(nèi)部增長(zhǎng)，導(dǎo)致內(nèi)部氣泡的潰滅。不同排列