近楔形凹槽空化泡动力学行为实验研究

来源 :第十二届全国流体力学学术会议摘要集 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jgc5961224
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空化现象会对水力机械过流部件表面造成空蚀破坏,从而导致水力机械性能下降、寿命缩短等问题。目前关于空蚀现象的研究大多将问题简化为平板边界附近单个空化泡的动力学特性研究,而当过流部件表面存在裂纹和焊缝时,其表面凹陷结构会导致空化泡动力学特性发生变化,因此从微观角度研究凹陷边界对空化泡动力学行为的作用机制有着重要的意义。本文对平面对称楔形凹槽附近的空化泡动力学行为开展可视化实验研究,搭建了激光诱导空化泡实验系统,探讨了空化泡尺寸、空化泡与凹槽之间距离等因素对空化泡动力学行为的影响。结果表明,空化泡在楔形凹槽边界附近展现了不同于平直边界附近空化泡的全新的动力学行为演变模式,楔形凹槽对空化泡的生长和溃灭、射流以及分裂等行为有着强烈的影响。以无量纲参数(无量纲空化泡尺寸Rx、空化泡与凹槽外平直表面之间的无量纲距离β)为变量,依据空化泡在楔形凹槽附近的动力学行为特征划分了演变模式:演变模式1中空化泡在第一个周期的生长和溃灭阶段都近乎球形,在溃灭后期产生了朝向凹槽的弱微射流,射流形成时空化泡以较高的速度向楔形凹槽发生迁移,在第二个周期的生长阶段空化泡产生了远离凹槽的微射流,空化泡呈现"元宝"的形状;演变模式2下在第二个周期初期,靠近凹槽的空化泡壁被射流击穿,射流迅速朝向凹槽底部移动,空化泡形态变得狭长,第二个周期的溃灭后期,射流前端与原空化泡脱离,空化泡溃散呈小空化泡群,并朝向凹槽底部移动;演变模式3下在第一个周期的溃灭后期形成了朝向楔形凹槽两侧壁面的双射流,第二个周期内双射流击穿空化泡,同时空化泡朝向楔形凹槽底部移动,呈现"三叶"的形状,空化泡在与楔形凹槽底部接触后在底部夹角处振荡并溃散;演变模式4下生长阶段空化泡受到凹槽壁面的阻碍,空化泡截面呈锥形,并向凹槽外部发展,在溃灭阶段,远离凹槽的空化泡壁朝向凹槽底部移动,与凹槽壁面接触的空化泡壁的移动速度大于中间部分的空化泡壁的移动速度,在远离凹槽的空化泡壁上出现了一个凸起,第二个周期内空化泡在凹槽底部振荡和溃散。
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