蒸汽泡潰滅的數(shù)值模擬及空化模型的改進(jìn).pdf

1、空化流是一種普遍存在于水力機(jī)械中的復(fù)雜多相流動(dòng)，涉及汽-液相變、熱量交換、壓力波等許多復(fù)雜現(xiàn)象。關(guān)于空化的實(shí)驗(yàn)、理論、數(shù)值研究都非常多，許多學(xué)者發(fā)展了不同的空化模型來(lái)模擬空化流，但對(duì)空化的機(jī)理性問(wèn)題還缺乏足夠的認(rèn)識(shí)。本文采用基于VOF的直接數(shù)值模擬方法，從細(xì)觀動(dòng)力學(xué)角度出發(fā)，選取更符合實(shí)際的蒸汽泡為研究對(duì)象，研究了單個(gè)蒸汽泡、25、50到175個(gè)蒸汽泡在高壓驅(qū)動(dòng)下的潰滅過(guò)程，從泡潰滅的形態(tài)、壓力場(chǎng)分布、潰滅時(shí)間、體積分?jǐn)?shù)變化率等角度，分

2、析了泡群的潰滅規(guī)律。
　　考慮表面張力、粘度和汽液兩相的可壓縮性，用汽-液相變模型模擬蒸發(fā)和凝結(jié)相變過(guò)程的計(jì)算方法，模擬得到的單個(gè)蒸汽泡在外界壓力驅(qū)動(dòng)下潰滅并產(chǎn)生小半徑回彈，數(shù)值模擬得到的蒸汽泡的半徑變化與Rayleigh方程解析解符合很好。蒸汽泡潰滅達(dá)到最小半徑前后時(shí)刻，泡邊緣處存在很大的壓力、溫度梯度，液體壓力最大值出現(xiàn)在泡壁附近。潰滅達(dá)到最小半徑時(shí)刻，泡中心點(diǎn)處壓力、溫度達(dá)到最大值，捕捉到高溫高壓現(xiàn)象。忽略汽相、液相的可壓縮

3、性，對(duì)蒸汽泡內(nèi)的壓力進(jìn)行近似處理的簡(jiǎn)化蒸汽泡模型，獲得了很好的結(jié)果，減少了計(jì)算量，為泡群的模擬提供了可能。
　　多泡潰滅由于泡-泡之間的相互作用，現(xiàn)象會(huì)比單泡潰滅更復(fù)雜。在單個(gè)蒸汽泡模擬的基礎(chǔ)上，選取了適合泡群特點(diǎn)的計(jì)算模型，模擬了泡群潰滅過(guò)程。隨著泡數(shù)量的增加，泡群潰滅時(shí)間增加;外界高壓由壓力邊界傳入計(jì)算域，首先接觸到高壓的蒸汽泡首先潰滅，泡呈現(xiàn)逐層潰滅特征;泡達(dá)到一定數(shù)密度以上，遠(yuǎn)離壓力邊界的泡初始一段時(shí)間體積變化都很小，不同