真空射流闪蒸特性的气泡动力学分析

针对液体射流的真空闪蒸特性,建立气泡动力学模型分析了射流内部的气泡生长特性,并提出用无量纲数C_h描述真空射流中的气泡生长条件。通过数值仿真方法模拟了气泡在真空射流中的生长过程,研究了气泡初始半径、液体粘度、射流温度和射流半径等参数对气泡生长的影响。在真空环境中开展了不同液体工质的真空喷射试验,试验结果与C-h数预测结果吻合良好;开展水射流的闪蒸试验,获得了破碎距离的变化规律,并与计算结果进行了对比分析。     

真空环境下过热水滴内气泡生长的实验与模型研究

针对真空环境下过热水滴内的气泡生长过程进行了实验和模型研究。实验方面,采用液滴悬挂的方法,将单个去离子水液滴悬挂在热电偶上,同时用高速摄像机记录了气泡生长过程,首次得到了过热液滴内气泡随时间生长的实验数据。对过热液滴内的气泡生长过程建立了数学模型,模型耦合了气泡生长的动量方程和能量守恒方程,考虑了气泡成核的非平衡热力学因素,模型计算的气泡生长速度明显大于实验测量值。继而引入摩擦系数CD考虑了热电偶存在减缓了气泡的生长,对模型进行了修正,结果显示,当CD取25时,模型计算结果和实验数据吻合较好。研究结果可以很好地预测真空环境下过热水滴内的气泡生长过程,有助于了解其热力学机理及传热传质过程。     

KTa_(1-x)Nb_xO_3晶体生长过程中气泡与界面的相互作用（英文）

本研究通过高温实时观察系统可视化研究了钽铌酸钾晶体的熔化和生长过程中气泡的产生及其与界面的相互作用。研究发现气泡在熔化过程中主要从固液界面处而不是熔体中产生。半径小于0.7 r(其中r为气泡平均半径)的气泡大多来源于在固液界面处的成核,而半径大于1.5 r的气泡则为多个小气泡合并的结果。气泡的存在不仅会使临近界面生长速度降低,还会影响晶体结构。单个气泡对生长界面的影响不仅取决于二者的长度比例,还取决于界面的移动速度。实验证明了三种典型的包裹体结构(帽子状、球状以及椭球状)。本文对于气泡行为的研究有助于了解KTN晶体生长过程中包裹体的形成过程。     

微重力流动沸腾气泡脱离机制

为了研究微重力条件下的流动沸腾换热过程气泡脱离的特点,研究了气泡在脱离过程中的受力情况,推导并给出了气泡在切向方向和垂直方向上的粘滞力、浮力、附加压力、惯性力的表达式,并在此基础上提出了气泡从加热表面脱离特性的分析模型。研究结果表明,在微重力下气泡的长大时间明显比常重力下大,对应的气泡脱离直径比常重力下也大。随着工质流速的增加,气泡的脱离直径逐步变小,当工质流速达到一定值后,常重力和微重力下气泡的脱离半径差别可以忽略不计。     

聚苯乙烯微孔发泡中气泡长大及冷却定型模拟

本文以聚苯乙烯（PS）-超临界CO₂系统为例,提出了一种基于细胞模型,结合动量方程、质量方程、扩散方程及本构方程建立气泡长大及冷却定型问题的数学模型。用MATLAB编制了基于以上数学模型的仿真模拟程序。在模拟过程中,通过引入材料性质与温度、压力、CO₂浓度的关系式,确定了工艺参数和微孔形态之间的量化关系。结果表明,三个工艺参数对PS-CO₂气泡长大的影响：CO₂浓度 > 压力 > 温度。由正交模拟实验可知,不同加工条件下得到的气泡半径最大为49.5 μm,最小为1.27 μm,其中适于微孔发泡的气泡半径则处于10~25 μm之间。另外通过对气泡冷却定型的研究得到,快速冷却可以使气泡密度增加、气泡尺寸减小。     

喷管内临界泡状流计算分析

基于均质混合流模型,引入Rayleigh-Plesset方程考虑气泡动力学作用,采用拉格朗日有限体积法,进行喷管内非稳态泡状流计算。分析临界泡状流的特性,并把流场计算结果与相关实验数据对比,吻合较好。将不同边界条件下的临界泡状流计算结果进行对比分析,得到了入口含气率、压力及初始气泡半径对临界泡状流动的影响。结果表明:临界入口速度随着入口含气率的增大而减小,而随入口压力、初始气泡半径的增大而增大。     

一种考虑时延的双气泡耦合振荡模型

基于单气泡Keller-Miksis振荡方程,在考虑时延的情况下,建立了一种双气泡耦合振荡计算模型。该模型将气泡振荡的周期分成若干份,初始扰动引起第一个气泡的半径在极短时间内变化而产生振荡并辐射声压,声压在传播一定时间后作用到第二个气泡,第二个气泡同样在短时间内做耦合振荡并反馈到第一个气泡,然后重复此过程。利用数值仿真在此模型的基础上分别研究了气泡振幅、半径、间距等参数对耦合振荡的影响。结果表明:初始扰动越大、两个气泡半径越接近,气泡耦合效应越明显;初始半径和平衡半径较大的气泡对耦合振荡有显著影响,振荡的频率向低频移动;气泡间距越大,耦合效应越弱;在某个特定距离处,气泡耦合效应的阻尼会异常减小或者增大。     

离心铸造液态金属充型流动过程中气泡的形核规律

对离心力场作用下液态金属充型流动过程中气体的溶解度、气泡的形核条件、形核功、临界形核半径以及形核率进行了定量研究.结果表明,在离心力场作用下气体的溶解度是一个梯度量,随着离心半径和离心角速度的增大而增大;气泡的形核功和临界形核半径也随着离心半径和离心角速度的增大而增大,而气泡的形核率相应地减小;离心半径和离心角速度越大,对气体溶解度和气泡形核的影响越明显;因此,在离心力场作用下可通过提高离心旋转角速度和离心半径减少气孔缺陷.     

弱可压缩性对液氢输送泵性能影响的数值研究北大核心CSCD

为考虑液氢的弱可压缩性,基于真实流体物性的PR方程,通过CFD仿真对高速液氢离心泵不同转速下空化断裂前的工况进行了数值模拟,对比分析了不可压缩流动和弱可压缩流动两种流动状态下的未空化高速离心液氢输送泵内流场分布、液氢泵扬程和效率等性能。研究结果表明,液氢工质的弱可压缩性不可忽略,将对泵内流场分布和能量耗散有显著影响,最终使泵的效率和扬程的降低。     

气泡在自由液面破裂时间分析及颗粒的影响

以速度为标准,阐述了气泡从接触液面至破裂的3个阶段,并进行了同等条件下有/无疏水颗粒对气泡破裂过程影响的对比实验。基于所获的实验数据,分析发现加入疏水颗粒促进了气泡和自由液面的碰撞。利用Princen方程和MTR模型,计算得出随着碰撞次数的增加,液膜半径减小,同时液膜厚度相应减小;通过雷诺润滑理论证明了液膜厚度与气泡破裂时间的关联关系,并对破裂时间进行了定量分析。研究结果表明加入疏水颗粒可以使液膜厚度减薄,进而减小气泡破裂时间。     

仲氢转化对液氢无损储存的影响研究

针对液氢无损储存(不放空)模型,将仲氢转化制冷技术与之相结合,建立转化过程的无损储存数学物理方程,进行仲氢转化制冷对液氢无损储存的影响分析,分析了储罐压力和初始充满率等因素的影响。结果表明,仲氢转化制冷技术对于延长液氢无损储存时间是有效的,延长率达到18%。     

航天器电推进系统氙气工质充装特性模型与评估

氙气充装特性计算与评估是航天器电推进系统应用的关键因素之一,通过试验及应用国内外试验数据库,建立了氙气工质全区域修正性的经典热力学状态方程、经验方程及多参数方程,比较分析了三种不同计算模型在单相区、临界区及超临界区与试验数据的偏差,新建立Helmholtz方程计算的压力密度,与试验数据比较,该模型比NIST方程有更高的精度,通过比较分析验证了计算模型的正确性与高精度,完全能满足电推进系统氙气工质充装特性数值模拟与预估的要求。     

液氢空间贮存过程膜态沸腾数值模拟

为实现液氢在空间中安全高效应用,针对微重力条件下液氢膜态沸腾现象,建立了加热细丝浸没在过冷液氢池中的数值计算模型.采用VOF方法捕捉相界面,相变模型选取Lee模型,利用文献中的实验数据验证了模型的准确性.从气泡运动行为和换热特性两方面开展研究,结果发现液体过冷度和重力水平是影响换热机理的两个重要因素.在高重力水平、低液...     

液氢加注系统竖直管道内Taylor气泡的行为特性

针对液氢加注系统竖直管道内气液两相流实验化困难的问题,运用建模仿真的方法建立了竖直管道内Taylor气泡的运动模型,对Taylor气泡的形成过程、大小以及充分发展的Taylor气泡上升速度进行了研究.采用VOF方法对气液两相的交界面进行追踪,并引入CSF模型对两相间的表面张力进行计算.仿真结果表明:Taylor气泡是由...     

液氧输送管路气泡生长及流动冷凝过程研究

通过对气泡进行动力学和热力学分析,构建了描述气泡在液氧输送管路中生长及流动冷凝全过程的理论模型。通过编程计算获得了气泡在整个生命过程中的尺寸、温度和运动轨迹的变化情况,预测了气泡的脱离直径和流动冷凝长度,并分析了注气速率和液体流速等热流参数的影响。计算结果表明,在气泡的生长过程中,气泡脱离直径随注气速率的增大而增大,随液体流速的增大而减小。在气泡的冷凝过程中,气泡的流动冷凝长度随注气速率的增大而增大,随液体流速的增大而缓慢增大并逐渐趋于稳定。     

存在内外质量交换的声空化泡动力学模型

对于空化微气泡的动力学研究多基于气泡内外无质量交换的Rayleigh模型。考虑了气泡内外的物质交换,泡内气体分子数量,即气泡平衡半径成为变量,进而将Rayleigh模型推广到有质量交换的情形。通过数值计算,获得稳定平衡半径,以及它与驱动声压的相关性。结果表明:在低声压驱动下,气泡稳定平衡半径随驱动声压增大而减小;而在高声压下,气泡稳定平衡半径随驱动声压增大而增大,稳定平衡半径-声压曲线存在一个转折点。     

;近距水下爆炸作用下箱形梁模型中垂破坏试验研究

利用大型室内爆炸筒对两个水面箱形梁模型进行近距水下爆炸试验,用高速摄影记录模型在气泡作用下的运动变形及中垂破坏过程。试验发现,气泡收缩时,近距船底边界阻碍流体运动并在气泡上方产生空化区域,增加了气泡负压的作用强度和作用时间,是模型发生中垂破坏的主要原因。同时,当模型垂向振动频率与气泡脉动频率接近时,冲击波引起的模型垂向振动与气泡负压作用叠加,增加了模型发生中垂破坏的可能。试验研究了爆距的改变对气泡负压作用以及冲击垂向振动幅值的影响。试验结果表明,只有当爆距小于2倍气泡最大半径时,近距边界效应不可忽略。     

铁电体极化反转临界条件的细观力学分析

本文根据经典形核理论,对铁电体极化反转过程的临界条件进行了热力学研究,建立了包括温度影响、外场作用、界面能以及退极化能等的热-力-电耦合细观力学模型,计算了铁电体BaTiO3极化反转的临界形核半径和临界形核功。结果表明在畴变过程中BaTiO3的临界形核半径和临界形核功都随反向电场的增加而减小,同样电场强度作用下临界形核半径和临界形核功随着温度的升高而减小。     

单泡声致发光现象 - 气泡运动的Mie散射测量

单泡声致发光现象时间和空间的高重复性,为实验研究气泡动力学特性提供了可能。文章利用Dave倒推算法,计算气泡Mie散射光强随散射角和气泡半径的变化,并选择了散射角80°为实验测量位置。利用R P方程理论计算的R(t)曲线与Mie散射实测结果相拟合,定量研究了气泡平衡半径、压缩比及崩溃阶段气泡的能量转换,结果表明,随激励声压的增大,气泡所吸收的声能可能绝大部分转换成激波及热能,使泡内温度上升。     

泡沫铝材料制备中孔结构的长大和控制

分析了泡沫铝材料的发泡过程中气泡长大的动力学过程,推导了气泡长大中气泡半径与时间的关系及理论上球形气孔的最大半径,并依据熔体发泡法制备的不同孔径泡沫铝硅材料的实验结果,推导了此材料孔径与发泡过程中所加入增粘剂铝粉体积分数的关系,为泡沫铝材料中孔结构的控制和制备不同孔径的泡沫铝材料提供了理论指导.