刚性细丝附近空泡溃灭的动力学行为研究

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近壁空泡溃灭时会辐射冲击波,并产生高速射流,对附近壁面产生冲击作用,是空泡动力学的研究热点。通过对近壁空泡溃灭动力学行为的研究,可以更好地掌握空泡的溃灭特性,以便于开发完善相关的测量仪器仪表。本文通过实验研究了不锈钢刚性细丝附近空泡溃灭的动力学行为,激光空泡的最大半径恒定为Rmax=0.66mm。文中的三个重要参数为:无量纲丝径ξ(丝径与Rmax之比)、无量纲近壁距离γ(空泡至刚性细丝表面之间的距离与Rmax之比)、无量纲间隔距离η(两根刚性细丝表面之间的距离与Rmax之比)。本文重点讨论了单根刚性细丝附近ξ与γ对空泡溃灭的影响、两根刚性细丝阵列中ξ与η对空泡溃灭的影响、三根刚性细丝阵列与四根刚性细丝阵列中空泡的溃灭过程。结果表明:(1)空泡在单根刚性细丝附近发生非对称溃灭的临界无量纲丝径ξc=0.053,当ξ<ξc且γ<1时空泡在回弹过程中会出现“钉扎”现象,但不会诱导非对称射流;而当ξ>ξc,空泡非对称溃灭的临界无量纲近壁距离γc与ξ呈对数相关,在γ>γc时,空泡不会发生非对称溃灭。(2)空泡在两根刚性细丝阵列中溃灭时,会出现球形空泡、“十字花”空泡、双向射流三种形态,“十字花”空泡与球形空泡过渡的临界无量纲丝径ξc1=0.030,双向射流与“十字花”空泡过渡的临界无量纲丝径ξc2=0.078,且三种形态过渡的两个临界无量纲间隔距离ηc1、ηc2皆与ξ呈对数相关。(3)空泡在三根刚性细丝阵列、四根刚性细丝阵列中发生溃灭时,会分别诱导三个、四个指向刚性细丝的微射流。
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