柱形料腔中超声空化效应的空间分布特性研究

研究了20 kHz的圆柱形料腔中超声空化效应的形成及其空间分布特性。应用柱贝塞尔函数,推导获取了柱形声场内超声传播的声能密度的分布,并采用有限元方法进行仿真分析。针对频率为20 kHz的功率超声实验,结合声学测量方法和鲁米诺声致化学发光方法,对理论分析结果进行了验证对照。结果表明:料腔半径R=50 mm,20 kHz谐振液位高度H=90 mm时,若功放电流<40 mA,超声空化效应出现在变幅杆端部区域;若40 mA≤功放电流≤80 mA,空化效应显著增强,空化效应的空间分布与场内声压分布一致,空化效应受声模态影响,形成远场空化效应的分布特性;若功放电流>80 mA,受非线性因素影响,谐振液位时,空化效应在声流作用下呈柱形拖尾状分布,并在底部壁面边界形成平铺状分布;非谐振液位高度等于75 mm时,超声空化效应随功率增加仅在变幅杆端部区域出现,且呈现局域空化分布特性。     

多孔覆盖层水下爆炸流固耦合分析

针对芯层为塑性多孔材料的抗冲覆盖层在水下非接触爆炸载荷作用时的流固耦合问题开展了理论研究。依据塑性冲击波理论求解覆盖层的动态压缩;采用改进的Taylor板理论求解流体与覆盖层的耦合作用;并以空化理论求解流体空化的传播及空化溃灭的二次加载过程,建立了完整的考虑覆盖层大变形、流固耦合效应及空化效应的理论模型。研究结果揭示了塑性多孔覆盖层在水下爆炸作用时的流固耦合及空化效应的影响。     

声流条件下超声空化气泡分布研究

研究了频率为 20 kHz的超声作用在圆柱形料腔中出现声流现象时超声空化效应的空间分布特性。结合大振幅声源条件下的声辐射力,对声场内的声流现象进行了仿真分析,获取了不同超声功率和液位高度下的声流速度场分布,初步探究了声流条件下空化气泡的运动分布规律。采用超声空化效应的声致化学发光实验,对比研究了有、无声流条件时超声空化效应的空间分布特性。结果表明：功放电流高于 80 mA(电功率为 17.6 W)时,超声场可形成稳定的声致流动现象且可有效提高其声能辐射效率,大大增加了空化效应的作用区域,进而提高了声化学反应效率;声流条件下料腔内超声空化效应的分布区域与超声功率(振幅)、料腔液位高度相关,功放电流从 40 mA(电功率为8.8 W)增加至 120 mA(电功率为 26.4 W)时,空化面积占比提高了 100.86%,液位高度为 60 mm时的空化面积占比较50 mm和 70 mm时分别提高了 13.11%和 73.91%,提高超声功率及选择合理的料腔液位高度,可有效提高空化气泡扩散距离,增大空化分布面积;对于固定形状及尺寸料腔中的声场,声流速度达到一定阈值时,会出现空化效应增强,空化效应增强区域位于大于声流速度阈值的区域内;空化气泡的扩散分布与声流速度场密切相关,表现为随声流速度场的变化在料腔中部沿径向扩散、沿变幅杆轴向且在料腔底部沿径向扩散、沿变幅杆轴向扩散三种扩散分布模式。     

低占空比高强聚焦超声在兔子耳部血管中导致的升温作用

1引言近年来,随着超声医学研究的发展,高强聚焦超声在临床医学方面的应用日益得到重视。研究者们发现,超声空化效应是高强聚焦超声的生物效应的重要作用机理之一(主要是超声空化效应)[1]。超声     

液氢自润滑动压轴承空化特性的数值研究

液氢的快速输运是氢能储运的重要方式,由于液氢自润滑高速轴承的动压效应导致轴承微小间隙中的近饱和液氢极易发生空化,成为影响高速液氢离心泵稳定性与可靠性的难点问题。基于均质两相流连续性方程,引入了修正后的Zwart空化模型,着重分析了液氢在自润滑轴承-转子间隙中流动、空化和空化过程中的热力学效应,对液氢人字槽动压高速轴承内的动压自润滑和热质传递特性进行了数值分析,发现液氢相变时的热力学效应可以有效抑制其空化的发生与发展,并进一步获得了不同工况下轴承承载特性的变化规律。     

高压密相流体中超声空化现象的研究

利用空化测试材料研究了超声在高压密相流体CO2中的空化效应,并从理论上进行了分析。实验发现在相同功率的超声作用下,空化测试材料在高压液体CO2中能产生明显的空洞,但在超临界CO2无空洞产生,说明超声能在高压液体CO2(亚临界)产生超声空化现象,而不能在超临界CO2中产生空化现象。理论分析表明,当CO2处于高压液体状态时,由于CO2具有很高的蒸汽压,抵消了外界的高压,因此超声能够产生空化效应;而当CO2处于超临界状态时,由于体系不存在汽-液界面,因此阻碍了空化现象的产生。     

低温液氮泵空化模型修正及内部流动数值研究

为了研究低温泵内的空化流动,考虑热力学效应,对现有Zwart空化模型进行了修正,并通过NACA0015水翼的空化实验验证了修正后模型的可行性。同时采用数值模拟的方法分析低温泵在输送液氮介质时所产生的空化流动现象,获得了低温泵的空化性能、叶片表面中间流线上的载荷分布情况和流道内的温度分布规律。研究结果对准确预测低温泵的空化性能,提高低温泵的抗空化能力具有意义。     

基于非线性超声空化效应的铝合金热浸镀工艺

在390℃热浸镀锌过程中施加20 kHz的超声波,采用数值分析法求解Keller-Miksis和Mettin方程,描述ZnAl8熔池中0～800 W超声空泡的生长规律和空化效应,研究超声功率对镀层ZnAl8合金组织的影响,以及对1050铝合金表面氧化膜的作用.结果表明:空化效应与超声功率呈现出非线性的变化规律,当超声功率为0～500 W时,空化以稳态效应为主,空化能量不足以消除镀层合金初生相的粗大枝晶组织,也不能消除铝合金氧化膜.当功率为600～800 W时,空化以瞬态崩溃破裂的方式释放能量,其中700～800 W的空化压强和温度效应可以将铝合金表面氧化膜击碎和熔蚀,为镀层中元素扩散提供了铺展润湿和物质传输的通道,镀层ZnAl8合金与1050铝合金基体之间形成了良好的冶金结合,镀层合金呈细小均匀的蔷薇组织.     

超声空化效应对溶液电导率的影响

大功率超声作用于溶液时会产生空化效应,并影响溶液的物理化学性质,如电导率、液体粘度及液体表面张力等。文章对不同功率的超声作用于弱电解质溶液时其电导率的变化进行了实验研究,发现溶液电导率与超声波强度有关。当强度增大到有空化产生时,电导率开始减小;继续增大强度,溶液电导率减小到一定程度后有小幅回升现象出现。且液体内空化效应的出现将导致液体的电导率减小,空化达到一定强度时,空化效应引起的局部瞬态高温高压、冲击波和微射流导致的新导电粒子,会使电导率小幅回升。     

考虑液体空化的火炮制退机性能分析

结合液体空化理论和制退机非工作腔的空化超声检测与压力测试,研究了制退液的空化效应及其对制退机工作性能的影响。结果表明,在火炮后坐冲击作用下,制退液发生了剧烈的空化效应,后坐结束时非工作腔内充满制退液泡沫,并不存在真空段。制退液泡沫在复进过程中逐渐溃灭,因此在复进“真空消失点”处制退机非工作腔并不提供液压阻力。复进过程中非工作腔提供的液压阻力峰值仅为复进节制腔液压阻力平均值的8.91%。考虑制退液空化效应时,火炮复进液压阻力功比传统理论值小4.5%,火炮最大复进速度比传统理论值大10.5%。试验结果证实了计算结果的正确性。该结论为制退机的合理设计与故障诊断提供了理论依据。     

混流泵启动过程非稳态空化的试验研究

为了分析混流泵启动过程瞬态扬程理论模型的适用性及非稳态空化过程,通过高速摄影和压力测量试验,探讨不同空化数、不同流量工况下启动过程中叶顶区空化状态特性。试验研究结果表明,已有理论模型可应用于混流泵启动过程,同时验证试验结果准确性。在启动过程中,空化最先发生在叶顶区域头部。当启动完成时,叶顶空化区域可分为两部分,一部分为出现在叶顶区的三角形的空化云团;另一部分为刮起涡空化。在同一流量工况下,随着空化数降低,垂直空化涡会在启动过程中出现并且发展。在同一空化数下,随着流量减小,垂直空化涡延迟出现,并且空化区域减小。     

离心泵空化下的转速瞬变特性试验研究

通过安装轴编码器获取了离心泵空化过程的转速瞬变信号,利用时域和频域分析手段进一步探索在不同空化程度下转速瞬变的特点和规律。分析结果表明:当离心泵内刚发生空化时,离心泵的转速变化范围最大,以标准差衡量转速的波动程度也最大,严重空化时转速的波动程度高于未空化时的波动程度;在频域上,试验用离心泵—电机系统的转速的固有频率为2.9 Hz,空化条件下泵转速的主频也是轴频,不随流量和空化程度的改变而改变,但是同一流量下,空化初生时主频的幅值最高,严重空化时次之,未空化时最小;而不同流量下空化初生主频处的幅值则随着流量的增加先增大后减小,在设计流量下空化初生时主频处的幅值达到最大;在时频域上,通过小波分析的方法对转速的特征进行了分析,发现在空化下转速的能量主要集中在39~46.9 Hz,并且在空化初生时转速的能量最大。     

水下航行器空化噪声偏度和峰度分析

空化是水下高速航行器在进行总体设计时需要考虑的重要因素。对空化产生的噪声特性进行研究有助于水下航行器航行性能和目标检测能力的提高。文章首先介绍了空化噪声的形成机理和数学模型,然后基于实测数据对空化噪声相应的统计特性进行了分析,计算了典型的单个声脉冲形式的空化噪声的概率分布、偏度和峰度,对比分析了无空化发生与空化发展比较充分条件下实测空化噪声的偏度和峰度特性。结果表明,在空化充分发展时水下航行器空化噪声具有明显的非高斯特性,其偏度和峰度值明显大于理想高斯噪声或者实际的海洋环境噪声。有利于提高空化条件下水下航行器对目标辐射噪声检测的准确性以及检测系统的环境适应能力。     

水下近距爆炸作用下弹性钢板处的空化特性研究

弹性钢板在水下近距爆炸作用下,冲击波会使其附近流体形成局部空化,脉动气泡会使流体形成锥形空化。利用平面冲击波理论对局部空化的形成特性进行了研究,理论分析了结构目标尺度的变化对空化区域形成的影响,并通过具体试验对局部空化理论进行了验证,两者符合较好;通过试验和数值仿真方法研究了气泡脉动引起的锥形空化的形成特点,初步分析了锥形空化的形成原因。结果表明,锥形空化对结构具有较大的冲击作用。     

WC对铜基和镍基喷焊覆层材料耐气蚀性能的影响

在CuNiSiB,NiCrSiB自熔合金粉末中添加WC陶瓷颗粒，利用氧乙炔焰粉末喷焊工艺制备覆层材料，用超声波振动气蚀仪对覆层材料进行耐气蚀性能研究，用扫描电子显微镜对覆层材料表面气蚀破坏形貌进行观察，结果表明：复合覆层材料的耐气蚀能力比基体强；提高CuNiSiB覆层材料耐气蚀能力的途径是强化晶界，还探讨了覆层材料的气蚀破坏机理。     

WC对CuNiSiB喷焊覆层材料耐气蚀性的影响

在CuNiSiB自熔合金粉末中添加不同量的硬质WC陶瓷颗粒 ,利用氧乙炔焰粉末喷焊工艺制备覆层材料 ,用超声波振动气蚀仪对覆层材料进行耐气蚀性能实验 ,用扫描电子显微镜对覆层表面气蚀破坏形貌进行观察。结果表明 :复合覆层材料的耐气蚀能力比基体强 ,且随着WC颗粒加入量的增加 ,耐气蚀能力逐渐增大 ;提高CuNiSiB覆层材料耐气蚀能力的途径是强化晶界。该文还探讨了覆层材料的气蚀机理     

轴流泵叶顶泄漏涡空化的数值模拟与可视化实验研究

该文以某一等比例缩放模型泵为研究对象,采用修正的SST k-ω湍流模型和空化模型,对额定工况下轴流泵叶顶泄漏涡空化流进行了数值模拟,并与高速摄影结果进行了对比分析。探讨了叶顶区域泄漏涡空化流场结构,揭示了不同空化数下空化发生位置和空泡形态演变过程。研究结果表明,改进的数值模拟方法准确计算了叶顶区域空化流场的流动结构;轴流泵的初生空化为叶顶间隙空化和叶顶泄漏涡空化,随着空化数σ降低,叶顶泄漏涡卷吸区也出现了剪切层空化;在空化数较小工况下,沿着叶片吸力面在轴向形成空泡云,并在叶片尾缘存在周期性的空泡脱落和爆破过程,破坏了流动稳定性,并诱导产生空化噪声。     

液体工业规模声处理中空化气泡的测量

工业规模液体内的声处理应用越来越多地得到国内外声学工作者的关注。一般认为,液体内声处理的机理是声空化,因此要扩大声处理的规模,应把研究的重点放在声空化的优化,而不是一味提高声能输入。而对声空化优化的前提则需要找到简单易行、生产上可用的空化测量方法。回顾了声空化检测、测量方法,分析比较后认为:实时谱分析方法更适用于大规模液体声处理的空化测量,需加大力度深入研究。     

水中测速涡轮高速旋转下的空化特性研究

水下常规弹药引信可利用外置涡轮获得其自身运动速度,研究高速旋转涡轮的空化特性对引信测速、测距误差的分析具有重要意义。该文从空化的发生和发展机理出发,针对水流速度为10m/s和8m/s下的不同空化数,分别利用数值仿真和空化水洞实验对涡轮空化形态和动力学特性进行了研究,并分析了空化条件下的涡轮转动。根据仿真和实验的结果,对涡轮空化发展的各阶段特征进行了分析比较。结果表明,数值方法能较好的预测涡轮空化的发展规律和空化下的涡轮动力特性;在一定的水流速度下,涡轮的转动速度随空化数的降低先略有升高然后降低;在一些水流速度和空化数下,涡轮转速信号具有明显的低频周期性变化。     

超声波清洗噪声的研究

通过对超声波清洗中空化现象的研究,分析了空化噪声产生的原因和影响因素,提出一些减小空化噪声对环境影响的方法.