蒸汽泡潰滅的數(shù)值模擬及空化模型的改進.pdf

1、空化流是一種普遍存在于水力機械中的復雜多相流動，涉及汽-液相變、熱量交換、壓力波等許多復雜現(xiàn)象。關于空化的實驗、理論、數(shù)值研究都非常多，許多學者發(fā)展了不同的空化模型來模擬空化流，但對空化的機理性問題還缺乏足夠的認識。本文采用基于VOF的直接數(shù)值模擬方法，從細觀動力學角度出發(fā)，選取更符合實際的蒸汽泡為研究對象，研究了單個蒸汽泡、25、50到175個蒸汽泡在高壓驅動下的潰滅過程，從泡潰滅的形態(tài)、壓力場分布、潰滅時間、體積分數(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)和凝結相變過程的計算方法，模擬得到的單個蒸汽泡在外界壓力驅動下潰滅并產生小半徑回彈，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。蒸汽泡潰滅達到最小半徑前后時刻，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。潰滅達到最小半徑時刻，泡中心點處壓力、溫度達到最大值，捕捉到高溫高壓現(xiàn)象。忽略汽相、液相的可壓縮

3、性，對蒸汽泡內的壓力進行近似處理的簡化蒸汽泡模型，獲得了很好的結果，減少了計算量，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)象會比單泡潰滅更復雜。在單個蒸汽泡模擬的基礎上，選取了適合泡群特點的計算模型，模擬了泡群潰滅過程。隨著泡數(shù)量的增加，泡群潰滅時間增加;外界高壓由壓力邊界傳入計算域，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;泡達到一定數(shù)密度以上，遠離壓力邊界的泡初始一段時間體積變化都很小，不同