空化初生及其影响因素综述（英文）

空化不仅是一种与流体压力变化有关的动态过程,而且在流体机械和其他工业设备中也普遍存在,尤其是在泵和水轮机中。该现象自出现至今一直被备受国内外专家学者的密切关注。同时在空化初生的影响因素这一问题上也存在一定的分歧。作为空化发生和发展的首个阶段,对于空化初生的研究始终是流体机械、船舶工程和国防工业建设领域的重要课题。鉴于上述分析,对空化初生的研究现状与其影响因素进行归纳总结,指出现阶段空化初生的主要研究方向并对未来研究趋势进行展望。     

管道内激光诱导空化泡动力学研究

论述了一种新型的微泵原理,该微泵将激光聚焦于管道内液体介质产生空化泡,利用空化泡生长和溃灭过程中产生的流体推进速度和推进力驱动流体运动。采用Volume Of Fluid方法模拟了管道内空化泡的动力学特性,计算了不同管径对管道内空化泡动力学特性的影响。研究结果表明:管道内空化泡在生长和溃灭过程中所产生的流速可以高速推动流体运动,随着管道的管径越小,管道内空化泡的第一次脉动周期越长,空化泡越稳定;同时,管道内空化泡生长和溃灭过程中附近流体的流速也随着管径减小而呈现增大的趋势。     

时效硬化铝合金的空化腐蚀

前言金属由于空化而破坏的序列,随着金属的晶体结构、显微组织和变形方式不同而变化【1、2】.本文报导的内容,是为了了解这些因素所进行的大量系统研究中的第二部分在以前的文献【3】中,讨论了在蒸馏水中由于空化造成的纯面心立方金属腐蚀和变形问题本文叙述了时效硬化铝合金的成分和热处理变化时对空化敏感性的影响.对三个合金系,即Al-Cu、Al-Mg、Al-Zn-Mg-Cu系进行了研究.Al、Cu合金可以快速析出,并且已证明该系合金的组织和静态机械强度与热处理有关【4】与此不同,     

一种搅拌工艺制备A356半固态浆料的实验研究

开发了一种制备A356铝合金半固态浆料的搅拌工艺。与现有的机械搅拌和电磁搅拌不同的是该搅拌工艺是在熔融金属开始凝固前进行搅拌,其搅拌的作用是使初生晶均匀分布而不是破碎枝晶,并研究了搅拌棒的材质、插入熔体的温度、旋转速度及其直径对初生晶的形状、尺寸和分布的影响。结果表明,当搅拌棒与熔融金属的材料相同时,搅拌棒表面作为初生晶体的形核位点,生成众多的初生晶核,随着搅拌棒的旋转这些初生晶核不断地从棒表面分离进入熔体中,引起初生晶的细化和球化。通过优化搅拌棒插入熔体的温度、旋转速度及其直径等工艺参数,可以获得尺寸均匀细小的近球形初生晶的理想半固态浆料。     

超空化流场中通气位置的CFD数值计算与研究

基于CFD技术就通气空化中通气孔位置对空化流场的影响进行了数值计算与研究.研究表明:在人工通气超空化中,通气孔的开设位置对空化流场的影响是不可忽略的;在不同位置通气产生的空泡直径平均相差5%,长度平均相差达到20%;合理的开孔位置能更好发挥系统的减阻优势.研究结果为人工通气空化中通气孔的确定提供了切实可行的方法.     

空化作用及气泡行为轨迹观测研究进展

随着对空化现象的不断探索，已经有较多研究结果表明空化作用对摩擦副的减摩抗磨性能有促进作用，但由于空化现象的复杂性及难以直接观测，目前对其机理尚未取得共性结论，仍须进行深入研究。通过概述近年来对空化现象所做的相关研究，归纳气泡在溃灭过程中对壁面的空蚀损伤机理等，引出三种适用于基体表面的热门减摩方法，包括表面微织构、表面涂层和添加颗粒物。重点综述三种方法在不同结构、材料、形状、尺寸、分布方式等下对空化气泡行为轨迹的影响，以及在与其他效应相耦合下空化效应所起到的减摩效果，对相关研究进行整体归纳，并指出其中存在的问题和不足。最后提出搭建一个自动化试验装置，用于观测模拟水利机械装置工作过程中液体介质接触表面所产生的空化气泡溃灭的过程，填补该过程中气泡行为轨迹观测的欠缺，为表面空化减摩的研究奠定基础。     

空化射流角型喷嘴内流场的数值模拟

建立了角型喷嘴物理模型。基于FLUENT软件,采用混合模型、空化模型和RNG k-ε紊流模型对空化射流喷嘴内流场进行数值模拟。以径向线上蒸汽体积分数分布、轴线上蒸汽体积分数分布和速度分布为判断角型喷嘴产生的空化射流空化程度的依据,分析圆柱段直径、入口压力、出口压力对射流空化程度的影响规律。模拟结果表明:圆柱段直径的最佳初始值为1 mm;增大入口压力可以提高射流空化程度,但随着出口压力的增大,又会抑制喷嘴内空化的初生并降低出口速度,不利于射流空化程度的提高。     

人工超空化通气流量系数的实验研究

超高速超空化水下航行体减阻新技术是目前最具前景的一种减阻方法,空泡形态稳定性及其尺度控制是决定其减阻效果的关键.在高速水洞中采用通气方式进行了超空化气体流量对空泡尺度的影响实验研究,得出了泄气率和超空泡形态调控的影响规律.基于相似方法和量纲理论获得了流量系数与空化数的定性与定量关系.所得结论对水下航行体超空泡水动力特性和非定常空泡控制技术的研究具有重要意义.     

金属材料的空化腐蚀行为及影响因素研究进展

综述了金属材料的空化腐蚀行为及影响因素研究现状。介绍了现阶段金属材料空化腐蚀的主要研究方法,以及几种典型金属材料(Fe、Cu、不锈钢、Ti和形状记忆合金)的空化腐蚀行为。重点阐述了材料力学性能、材料化学成分和微观组织结构、表面形貌和外界环境等主要因素对金属材料空化腐蚀行为影响的研究情况,并指出了金属材料空化腐蚀进一步研究的方向。     

液压锥阀空化流分析及阀芯结构改进研究

空化是液压锥阀运行时造成振动及噪声的重要因素,其影响因素颇为复杂。利用FLUENT中混合模型(Mixture)及标准κ-ε湍流模型,对锥阀阀芯锥角和阀口开度的变化对空化程度的影响进行计算流体动力学分析,发现随着阀口开度的增大,空化程度先增强后减弱,而随着阀芯锥角的增大,小开度下空化程度逐渐减弱,大开度时先减弱后增强。采用两个不同锥角的锥面对阀芯结构改进,发现可一定程度抑制空化。     

水基液三螺杆泵动态数值分析

为开发输送水基抗燃液压液的三螺杆泵,测量了水乙二醇难燃液压液黏温特性曲线,建立了三螺杆泵三维模型,进行了CFD数值分析和试验验证。CFD仿真计算时,为避免网格数量过多或出现负体积而无法保证实际啮合间隙问题,采用SCORG软件对泵内流道进行了共形结构网格的划分,并结合Pumplinx软件进行数据后处理。研究表明:采用动态数值模拟方法的仿真结果与实验结果吻合良好,并对32号液压油与水基液压液输送特性进行了对比分析,得出了主杆扭矩和泵泄漏量随液压介质温度变化关系图;水基液压液相较于滑油更容易产生气蚀,气蚀主要发生在泵进口腔,气蚀现象随着密封腔压力上升而渐减小,泵转速越高,空化气体体积分数越大;泵出口压力越小,空化气体体积分数也越大,随着出口压力的增加,转速对空化气体体积分数的作用越不明显;水基液三螺杆泵工作时更容易发生油膜破损,经流固耦合分析,油膜所承受最大应力为4. 369 9 MPa。     

高速高压圆弧螺旋齿轮泵漩涡空化数值模拟研究

为了深入研究圆弧螺旋齿轮泵在高速高压工况下吸油腔漩涡空化及其对齿轮泵性能的影响,以过渡曲线为正弦的圆弧螺旋齿轮泵为研究对象,选择全空化模型,应用计算流体动力学软件（PumpLinx）对圆弧螺旋齿轮泵在高速高压工况下进行了数值模拟,针对漩涡空化出现的位置、形成过程、演变过程及对出口流量特性的影响进行了研究。结果表明：在高速高压工况下,齿轮泵吸油腔齿背部边缘位置出现漩涡流动,从而产生漩涡空化,漩涡核心位置的空化现象最为严重,向漩涡的边缘位置空化程度逐渐减弱;该位置的漩涡空化呈现周期性的形成-发展-消失的过程;空化导致泵出口流量脉动和压力脉动增大,周期性的漩涡空化造成泵出口流量周期性波动,对齿轮泵出口流量产生不利影响。     

空蚀空化现象与液压系统新进展

本文重点讨论水为介质的空蚀空化现象、空蚀空化现象的形成机理、影响因素以及空蚀空化现象在液压系统中的危害和一般的减史措施。对于液压系统中存在的空蚀空化,可以由水和油作为介质以相似比来推得。     

纯水介质双向液压锁研究

为了研制一款适用于纯水介质的双向液压锁，针对纯水介质带来的气蚀破坏，从流场控制的角度出发，设计出3种结构改进方案，并运用CFD技术对各阀道在不同阀口开度条件下的气穴现象进行仿真，从而得出各阀道在抑制气穴方面的性能水平。为保证研究的可靠性，搭建纯水介质双向液压锁实验台进行实验验证。研究结果表明：阀口结构的优化设计对于抑制气穴具有明显效果，其中改进方案1在4种阀道结构中具有最好的防气穴能力，防气穴水平相较于传统阀道结构提高了约50%，使气穴现象得到极大抑制，降低了双向液压锁的气蚀破坏。     

阀套开槽对二维阀空化噪声的抑制

二维阀将先导级和功率级集成在一个阀芯上,易于实现阀的快速工作和高频响应,具有结构简单、性能稳定、功重比大等优点。针对二维阀先导级的空化流动,采用计算流体力学方法进行分析。以二维阀先导级结构为研究对象,利用Fluent软件进行数值模拟,对比研究不同阀套结构下阀内流场的流速变化、压力分布、气体体积分数等流动特征。结果表明,在阀套斜槽两侧面开U形槽后,空化现象有所减弱,表现为分析面的射流速度降低,斜槽底面的气体体积分数下降,说明开U形槽后,改变了阀套斜槽内的速度流线,削弱了高速射流流体剪切流动的效果。通过进一步分析阀套斜槽内所设监测点的噪声频谱,发现阀套斜槽两侧面开U形槽结构与原结构相比,在斜槽区空化最严重的后部,噪声降低了10 dB;在模型出口处,噪声降低了3 dB;在斜槽中部,噪声声压级略有增加。说明在阀套斜槽两侧面开宽深比为2.2的U形槽确实能降低二维阀先导级因空化引起的噪声。     

Process mechanism in ultrasonic cavitation assisted fluid jet polishing

Material removal rate in fluid jet polishing is significantly enhanced when ultrasonic cavitation bubbles are introduced at the nozzle outlet. In this paper, two theories are put forward to explain the process mechanism: a micro-scale hypothesis in which the surface is micro-jetted by collapsing bubbles, and a macro-scale hypothesis in which vibration of the fluid in the impingement region increases abrasive particle erosive action. Experimental investigation suggests the higher likelihood of the macro-scale phenomenon, and a material removal model is proposed accordingly. Process footprints simulated by this model were found to agree well with experimental measurements.     

现代超精密加工机床的发展及对策

超精密加工机床是实现超精密加工的重要机械装备。介绍了当前国内外超精密机床的发展现状,从系统的角度分析了影响机床加工精度的因素,并对我国超精密加工机床的研发提出了一点建议。     

超音速火焰喷涂Fe-Cr基涂层的硬度与汽蚀性

采用超音速火焰(HVOF)喷涂技术在1Cr18Ni9Ti不锈钢表面制备了Fe-Cr基涂层,用磁致伸缩汽蚀仪研究了喷涂层的汽蚀性,并与水利机械常用材料ZG06Cr13Ni5Mo马氏体不锈钢进行了对比。结果表明:涂层包含未熔或半熔的球形颗粒和少量孔隙,层与层之间结合紧密,层间无明显条带状组织。Fe-Cr涂层具有高的硬度(1099HV0.2),抗汽蚀性明显优于ZG06Cr13Ni5Mo马氏体不锈钢(285HV0.2)。两者的汽蚀形貌存在较大差异,ZG06Cr13Ni5Mo马氏体不锈钢的汽蚀坑圆滑,而Fe-Cr基涂层汽蚀坑形状极不规则,与涂层中的孔隙有某种对应关系。     

水轮机金属材料及其涂层抗空蚀和沙浆冲蚀研究进展

空蚀和沙浆冲蚀是对包括水轮机在内的水力机械过流元件产生破坏,进而降低其服役寿命的两种主要破坏形式。采用特定的工艺在水轮机过流元件基体材料表面沉积涂层,以提高元件的抗蚀性能受到越来越多的关注。综述了水轮机常用金属材料和近年来国内外研究人员对水轮机材料及其涂层空蚀和冲蚀失效机理的研究进展,针对国内外文献报道中采用的超音速火焰喷涂、激光熔覆、物理气相沉积和化学气相沉积等工艺制备的涂层的抗空蚀和沙浆冲蚀性能进行了重点论述。依据材料性质对文献中出现的表面强化材料进行分类,即合金材料、陶瓷材料、复合材料、金属玻璃材料和类金刚石材料五类,结合涂层制备工艺对各类涂层失效机理进行剖析。通过案例重点讨论了涂层的微观缺陷,如孔隙、裂纹、未熔颗粒,涂层的硬度,涂层与基材的结合强度,涂层的厚度等因素对抗蚀性能的影响。最后对其研究和应用现状,从工艺方法和材料两方面提出了展望,指出运用先进涂层技术和新型涂层材料制备高效涂层,是解决复杂多相流条件下空蚀和冲蚀联合问题的有效途径。