气泡群振荡及噪声数值模拟研究

针对水中气泡群振荡及辐射噪声问题,基于均质混合流模型,考虑气泡动力学作用,建立数学模型;并采用拉格朗日有限体积法,对气泡群振荡过程及辐射噪声进行数值模拟。重点研究了初始气泡半径、含气率及气泡群尺度等对振荡辐射噪声的影响。结果表明,随着初始含气率、气泡群尺度增大,气泡辐射噪声频率逐渐减小、声压幅值逐渐增大即声强增大;初始气泡半径对辐射噪声频率影响较小,但声压幅值随其增大而减小。     

R30在矩形微通道内沸腾换热数值模拟

利用FLUENT软件,采用VOF两相流模型对制冷剂R30在横截面为0.5 mm×0.5 mm、长为500 mm矩形微通道内的沸腾换热进行了数值模拟。以制冷剂入口温度、压力和质量流率作为变量,得出了典型流型、壁面平均温度、换热系数、截面含气率等参数的变化规律。结果表明,提高制冷剂入口温度和压力有利于增强R30在微通道内的沸腾换热,换热系数随着质量流率的增大而增大,随着截面含气率的增大而减小。     

涡轮流量传感器测量水平泡状流数学模型研究

对涡轮流量传感器测量水平泡状流的数学模型进行了研究,提出了水平环形通道内混合流体的虚拟速度剖面指数,分析了混合流体中气泡对叶片的阻力影响,得出虚拟速度剖面指数随体积含气率变化的规律.在气液两相流实验装置上,通过理论计算与实验结果的比较,验证了数学模型的有效性.     

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.     

考虑热效应的液氢气泡生长特性研究北大核心CSCD

根据单个气泡的生长特点,考虑液氢的热效应和气泡内部温度分布,通过联立求解热平衡方程、热扩散方程、Rayleigh-Plesset方程和半无限大空间的导热方程构建了单个气泡生长的数理模型。通过液氮工质中气泡的生长实验结果验证了模型的正确性,进而对比了几种典型低温工质中气泡半径的热力学生长过程,分析了不同工质热效应参数对气泡半径和半径临界时间的影响。此外还研究了液氢中单个气泡的半径生长过程和半径临界时间随环境压力和过热度的变化规律。     

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。     

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。     

近自由面水下爆炸气泡与结构相互作用数值计算研究

近自由面水下爆炸气泡在自由面与结构共同作用下会呈现出非常复杂的运动特性,利用体积加速度模型确定气泡运动的初始半径及速度,针对流场特点,通过自行开发的子程序实现了流场初始条件与边界条件的定义,基于MSC.DYTRAN有限元软件的流-固耦合处理方法对近水面水下爆炸气泡与结构相互作用全过程进行数值模拟,通过与现有实验数据的对比,验证有限元模型建立和子程序开发的正确性。以此为基础,研究气泡与自由面、气泡与结构的距离以及结构初始角度等参数对气泡运动特性、射流角度、射流速度的影响规律,计算模型、方法及结果对相关的工程研究和计算具有一定参考价值。     

气液两相入流条件下离心泵内部流动诱导特性实验研究

搭建了泵送气液两相流实验台,以比转速n_s=132.2的离心泵为模型进行气液两相入流条件下的流动诱导特性研究,获得了在不同进口含气率下的外特性和压力脉动、振动信号的频谱和概率密度图。研究结果表明:气液两相入流条件下,离心泵在小流量工况时的性能对气体更加敏感;模型泵在入流含气率超过8%以后,性能急剧下降且可测试的工况范围变窄并比较紊乱,能达到的最大入流含气率为10%;气液两相入流条件下,泵出口压力脉动主频仍为叶频,叶频处幅值随着进口含气率的增大而增大,含气率越大低频区的宽频特性越明显;压力脉动信号和振动信号均服从正态分布,随着进口含气率的不断增大,压力脉动的概率密度函数(PDF)幅值逐渐减小而压力幅值跨度逐渐变宽,振动的PDF幅值呈先增大,然后减小,在进口含气率为5%时达到最小(仍大于纯水工况),然后再增大的趋势,两者均可作为流态监测的重要依据。     

直接接触式冰浆生成器单气泡传热数值模拟

基于直接接触式冰浆生成器中载冷气泡在制冰溶液中的上升特性,以FLUENT中的VOF模型为基础,对载冷气泡与制冰溶液之间的传热过程进行了二维数值模拟,揭示了载冷气泡进气温度、速度及初始半径对充分换热高度的影响规律:随着气泡进气温度降低,初始速度增大,初始半径增大,充分换热高度增大。     

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。     

-3 ℃养护下引气混凝土渗透性能与孔结构特性

在(-3±0.2)℃养护下以引气混凝土为研究对象,研究了28d时不同含气量下混凝土抗氯离子渗透性能与孔结构特性之间的关系。研究结果表明:混凝土的电通量及氯离子迁移系数随含气量的增加而逐渐增大,不遵循标养下的规律;混凝土的气泡弦长随着含气量的增加逐渐增大;混凝土硬化后气泡间距指数随含气量的增加而减小,但比标养下混凝土硬化后气泡间距指数要大得多;理论计算出的比表面积随着含气量的增大而增大,实测的比表面积与含气量存在相关性。     

高聚物熔体锥形收敛流场分布的影响因素数值分析

在入口收敛流基本方程基础上,通过建立锥形入口结构和有限元网格模型,运用数值仿真方法,采用Cross本构方程和壁面无滑移模型,速度采用二次插值、压力采用线性插值和黏度牛顿迭代的有限元计算方法,对影响广义等温流动熔体在口模入口和出口区域的压力、速度和剪切速率分布的熔体材料、工艺参数和口模形状等因素进行了数值分析。研究结果表明,压力分布与熔体黏度、流动指数、松弛时间、入口流率和流道压缩比等有直接关系,而法向速度和剪切速率仅受入口流率的影响较大。通过对多个因素量化分析表明,压力分布随着熔体黏度、入口流率和流道压缩比的增大而增大,而随着流动指数和松弛时间的增大而减小,法向速度和剪切速率随着入口流率增大而增大;这些影响因素使得口模出口处压力、法向速度和剪切速率均不为零,从而引发离模膨胀等问题。     

孔板流量计内空化现象的数值模拟

以计算流体动力学CFD软件为工具,通过引入Schnerr-Sauer空化模型,并结合多相流Mixture模型与RNG k-ε湍流模型,对两通道非标准孔板流量计在空化发生条件下的内部流场进行数值模拟。考查等效直径比β=0.7时,流场中蒸汽体积分数和压力分布的变化规律,入口压力对空化数的影响以及雷诺数对流出系数和压力损失的影响。结果表明:入口压力增加到一定值时,在环隙边缘处首先发生空化现象,并且随着压力的增大,空化发生的区域增大,空化程度加剧;空化数随入口压力的增大而减小;空化效应对流量计的流出系数的影响较大,而对压力损失的影响较小。研究结果对孔板流量计的测量误差原因分析和提高测量精度有参考价值。     

含气率对AP1000核主泵影响的非定常分析

为研究含气率对核主泵内部各点压力影响规律及不同泵进口含气率时气体在核主泵内的分布情况,在对核主泵进行水力设计与三维建模基础上,采用CFD技术对核主泵失水事故气液两相流工况进行瞬态数值模拟。通过模拟不同泵进口含气率时核主泵内部流动的瞬态特性,研究泵进口含气率对泵内各点压力的影响规律及气体分布。结果表明,泵进口含气率增大泵内各点压力随之降低;含气率小于0.1时其对监测点压力脉动主频振幅影响不大,且泵内气体聚集现象不明显;含气率大于0.2后监测点压力脉动主频振幅稍有下降,且泵内开始出现明显的气体聚集现象。     

迷宫密封结构对泄漏量和轴系临界转速影响分析研究

通过数值方法对转子-轴承-密封系统动力学模型求解,对3种密封间隙、8种密封直径、8种压差、8种入口损失率和21种密封长度对泄漏量和临界转速的影响进行研究;通过密封结构对轴系临界转速影响规律进行研究,对比分析了有、无密封力作用下转子-轴承-密封系统对临界转速影响。研究结果表明：通过与DYNLAB程序、TASCFlow程序的结果对比分析,该数学模型能较好的模拟计算泄漏量和转子系统临界转速;通过泄漏量影响规律研究,得出泄漏量随着密封间隙、密封直径和密封长度得增大而增大,泄漏量随压差和入口损失率的增大而减小。通过对临界转速影响规律研究,得到考虑密封会提高临界转速,密封长度的变化对临界转速的影响最大、密封间隙的变化对临界转速影响最小。     

基于OpenFOAM的含不凝气蒸汽气泡冷凝模拟

对初始蒸汽质量分数在0.5以上的干空气-蒸汽混合气泡在过冷水中的冷凝过程进行了数值研究。基于开源软件包OpenFOAM中的icoReactingMultiphaseInterFoam多相流求解器对以上问题进行模拟。采用的相界面追踪方法是流体体积方法（VOF）,并结合连续表面应力模型（CSF）,相变Lee模型以及k-ε模型建立三维数值模型。所建立的数值模型的计算结果能够较好的和实验结果匹配,表明了此模型能够很好的对含不凝结气体的蒸汽气泡直接接触冷凝的行为进行预测。结果表明：气泡体积稳定后,气泡的形状会出现震荡;在冷凝过程中,气泡的边界附近存在温度梯度;气泡的冷凝时长与过冷度和气泡初始直径呈非线性关系;终端等效直径与气泡初始直径呈线性关系,并且对于初始不凝气含量高的气泡,其终端等效直径随初始直径的增大而增长更快;小间距的竖直气泡对,下方的气泡中的蒸汽的凝结会被抑制。     

水下航行体微气泡减阻特性试验研究

为研究微气泡对水下航行体减阻影响规律,分析微气泡流形态变化特性,基于高速摄像系统和测力系统,开展水下航行体微气泡减阻特性试验研究。基于高速摄像系统,对比分析了微气泡流形态变化特性及微气泡尺寸分布特征;基于测力系统,分析了微气泡减阻特性变化规律及微气泡尺寸对减阻效率的影响。试验结果表明:通气环和通气段模型在不同通气率下微气泡流形态的最主要差别在于是否存在"卷起"和空穴现象,且微气泡流形态的不同对微气泡的减阻规律产生直接影响;不同条件下,微气泡尺寸分布均服从正态分布,且相同来流速度下,微气泡直径随着微孔介质孔隙的增加而增大;随着通气量的增加,通气环模型减阻率依次呈现缓慢增加、快速增加和逐渐稳定三个阶段,通气段模型减阻率则始终保持以一个较为稳定的增长率线性增加,直到最后逐渐稳定;尺寸较小的微气泡具有更高的减阻效率。     

基于VOF模型的稳压罐充水两相流流场数值模拟

以水流量标准装置中稳压罐为研究对象,利用计算流体力学软件Fluent,采用标准k-ε湍流模型与PISO算法,结合VOF瞬态模型对空稳压罐充水和满罐情形下不同速度进口的罐内气液两相流场进行数值模拟,对罐内气液两相流动中流态、相位分布、速度场分布等进行了探讨。结果表明:空罐充水过程会产生大量气泡和气团,形成掺气现象和泡状流;低速水流入口罐内流场有固定周期的晃荡现象,高速水流入口会打散压缩气腔、无法稳定。     

含气空泡出水过程数值模拟研究

含气空泡在出水过程中会发生溃灭,形成较为复杂且剧烈变化的流场。首先基于含气理想球形空泡溃灭模型,理论上分析了空泡溃灭特性,而后基于均质多相流模型,对航行体出水过程中含气空泡溃灭现象进行了数值模拟分析。计算分析表明,含气空泡溃灭过程存在回弹现象,会在航行体表面形成冲击载荷,空泡内压提高使空泡尺度增大并且可在一定程度上减小空泡内外压差,缓解由空泡周围流体强烈拍击航行体壁面而产生的压力激励。