收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

二维水翼空化初生瞬态特性研究

张本营  
【摘要】:空化是发生在液体中复杂的非定常流动物理现象,涉及到多相流、可压缩以及相间交换等多个方面,对水力机械、水利工程、船舶工程、水下兵器和核工业等众多领域均有显著的影响。为了更加准确的对空化性能进行预测和评估,很有必要针对空化初生时的瞬态机理特性进行研究,分析空化初生时的瞬态特性。本文分别以液氩、水作为微观研究对象,研究液氩、水内部单个空化核生长过程中的热力学参数变化。以NACA4412翼形为宏观研究对象,将空化机理微观研究结论应用到宏观二维水翼的空化瞬态特性变化中,对其进行数值模拟计算,并运用试验研究方法验证瞬态二维水翼空化的模拟计算结果的准确性。主要内容如下:1.查阅相关资料,介绍了空化、气泡成核等相关的理论基础知识及国内外最新研究进展。并介绍了分子动力学(MD)研究方法,以及相变和气体状态方程的理论基础知识,叙述了分子动力学(MD)分子力场、边界条件以及分子动力学(MD)模拟的求解过程,阐述了在计算过程中的各种系综的定义以及适用类型,并详细介绍了分子动力学软件的选择以及应用,同时采用LAMMPS软件完成本文第三、四章的模拟计算工作,在模拟计算中采用Lennard-Jones(12-6)力场,边界条件采用周期性边界条件。2.在NVT系综下,对存在不同初始尺寸空化核的Lennard-Jones流体进行了研究,得到NVT系综下空化核发展的演变过程,并对其分子势能、系统密度、分子径向分布函数、系统压力以及系统总能量等相关的热力学参数进行分析,结果表明:在空化初生阶段,由于流体的局部压力降低而造成液相分子不断的进入空化核,促使了空化核的生长。通过分子势能研究发现,空化核位置处的分子势能较高,而液相分子势能在空化核生长初期变化较大。在空化核成长后期,液相分子势能相对较为平稳。液相密度和界面密度变化比较明显,而空泡中心区域的密度变化甚微。液相区域径向分布函数的峰强度就越大,峰宽度越窄,该区域分子间距rbin越小。随着空化核初始尺寸的减小,系统压力和总能量达到平衡的时间越长,平衡后的压力值和能量值也就越小。而且在空化核生长初期,系统的总能量和压力的变化波动较大。3.在NPT系综下,对存在空化核的水分子计算域进行了研究,得到空化核初始尺寸与系统初始压力对空化初生的影响关系,并对空化核发展的演变过程、系统压力以及系统能量、分子径向分布函数等相关的热力学参数进行分析,结果表明:在系统初始压力一定时,空化核尺寸存在临界值,当空化核初始尺寸小于该临界值时,即使液体受到负压的影响,由于分子之间的作用力和氢键力束缚空化核不能生长,因此空化不会发生。空化在微观层面上不仅是压力和空化核参数的变化,更重要的原因是系统初始压力造成系统能量增大,结构失稳,从而造成空化核的变化。在内部空化核尺寸一定时,外部压力存在一临界值,当外部压力值大于该临界值时,计算域内部不会产生相应的负压,或者产生负压值较小,不足以使系统失稳,在分子之间的作用力和氢键力束缚下空化核不能生长,因此空化不会发生。伴随着空化核的生长,系统能量和分子势能总有增大的趋势,而该增大趋势影响了计算域内部结构的稳定性,促使空化核迅速增大。4.通过第四章中纳米尺度空化核生长变化过程以及目前研究的微米尺度空化核生长过程对Z-G-B空化模型进行了优化,并在此基础上选用RNG k-ε湍流模型以及优化后的空化模型对二维水翼空化初生过程进行模拟计算。在空化初生时,由于不同攻角产生的压力场略有不同,因此空化核周围液体失稳的可能性不同,造成水翼上表面空化核生长发育的几率不同。攻角越大,产生的低压极值越小,空化核周围液体所受到的负压逐渐增大,从而势能增大,空化核快速生长。通过微观空化核研究发现,在不同压力场作用下,空化核生长几率不同,因此在不同攻角影响下,空泡发展规模和强度不同。在空化发展过程中,因尾部高压产生的回射流对空泡的形状以及脱落有着重要影响。空化形成后期,低压和高压的相互影响直接造成脱落空泡破裂与发展,因而影响到水流的流态分布以及旋涡的产生。空化初生时只是受到低压作用的影响,而空化再生则受到低压作用和紊乱流场的双重作用。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 潘森森;空化核最新研究评述[J];力学进展;1985年03期
2 倪汉根,黄建波,徐福生;绕流体初生空化数的概率估计[J];水利学报;1986年10期
3 许卫新,程贯一,潘森森;空化起始的理论预测——模糊空化系统[J];力学学报;1987年06期
4 吴建华;柴恭纯;;垂直汇流漩涡空化的声测研究[J];水利水运科学研究;1989年03期
5 贺成龙;吴建华;刘文莉;;空化应用研究进展综述[J];嘉兴学院学报;2008年03期
6 潘森森;空化机理的近代研究[J];力学进展;1979年04期
7 肖天铎;深水缓坡突体和升台的初生空化数显解式[J];水利学报;1985年08期
8 夏维洪,孙景琴,贾春英;减压模型的初生空化相似律[J];水利学报;1985年09期
9 杨志明,李炜;关于消失空化的机理[J];水动力学研究与进展;1987年04期
10 郑国华 ,黄炽元;计入水流阻力的等空化数曲线计算[J];石河子农学院学报;1989年02期
11 彭晓星,王力,潘森森;水中空气含量对旋涡空化的影响[J];水动力学研究与进展;1989年04期
12 吴建华,柴恭纯,郭子中;垂直汇流中空化长度的脉动[J];水动力学研究与进展;1989年04期
13 黄建波,刘宝清;初生空化数的计算模型[J];大连理工大学学报;1993年S1期
14 黄建波,潘森森,彭晓星;二维非恒定空化流的内部结构泡-液相互作用模型[J];水利学报;1993年03期
15 夏维洪;水质对空化初生的影响[J];水利学报;1993年11期
16 夏维洪;水质和空化比尺效应[J];水动力学研究与进展(A辑);1993年01期
17 夏维洪;;初生空化的模型数据应用到原型上的问题[J];水利水运科学研究;1993年04期
18 倪汉根;初生空化数比尺效应的修正[J];水利学报;1999年09期
19 蔡树棠,刘一心;初生空化状态相似性问题[J];应用数学和力学;1985年11期
20 黄建波,倪汉根;初生空化的主要影响因素及比尺影响[J];大连工学院学报;1987年02期
中国重要会议论文全文数据库 前8条
1 张伟;张瑞平;陈建业;熊炜;张小斌;邱利民;;基于动态空化模型绕数值研究扭曲三维翼型的非稳态空化过程[A];第二十五届全国水动力学研讨会暨第十二届全国水动力学学术会议文集(下册)[C];2013年
2 彭晓星;洪方文;;25~(th)ITTC空化专家委员会报告综述[A];2008年船舶水动力学学术会议暨中国船舶学术界进入ITTC30周年纪念会论文集[C];2008年
3 曹彦涛;彭晓星;徐良浩;;绕三维扭曲水翼云空化演化数值模拟[A];第十三届全国水动力学学术会议暨第二十六届全国水动力学研讨会论文集——F船舶与海洋工程流体力学[C];2014年
4 洪方文;褚学森;彭晓星;颜开;刘登成;陈玮琪;;中国船舶科学研究中心近期空化流动研究进展[A];第十一届全国水动力学学术会议暨第二十四届全国水动力学研讨会并周培源诞辰110周年纪念大会文集(上册)[C];2012年
5 易灿;李根生;张定国;;围压下喷嘴空化起始能力的实验研究[A];第十八届全国水动力学研讨会文集[C];2004年
6 杨庆;张建民;戴光清;李鹏;;高速突扩流空化初生及比尺效应试验研究[A];第二十一届全国水动力学研讨会暨第八届全国水动力学学术会议暨两岸船舶与海洋工程水动力学研讨会文集[C];2008年
7 彭晓星;;发展空化及其不稳定现象研究[A];第二十五届全国水动力学研讨会暨第十二届全国水动力学学术会议文集(上册)[C];2013年
8 陈笑然;阎兆立;陈杰;程晓斌;李晓东;;水泵空化的超声主动探测方法[A];泛在信息社会中的声学——中国声学学会2010年全国会员代表大会暨学术会议论文集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王健;水力装置空化空蚀数值计算与试验研究[D];江苏大学;2015年
2 张宁;离心泵内部非稳态流动激励特性研究[D];江苏大学;2016年
3 孙铁志;热力学敏感流体空化流动三维数值模拟研究[D];哈尔滨工业大学;2016年
4 苏砚文;基于LBM-LES的水翼绕流及空化流的并行数值模拟与实验研究[D];中国农业大学;2017年
5 郭嫱;叶顶间隙泄漏涡流及空化流场特性研究[D];中国农业大学;2017年
6 杨庆;空化初生机理及比尺效应研究[D];四川大学;2005年
7 王柏秋;水下高速航行体非定常空化流场数值计算[D];哈尔滨工业大学;2013年
8 李晓俊;离心泵叶片前缘空化非定常流动机理及动力学特性研究[D];江苏大学;2013年
9 杨静;混流式水轮机尾水管空化流场研究[D];中国农业大学;2013年
10 郭关柱;强剪切流变仪的研制及剪切空化的实验研究[D];浙江大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 黄旭;表面特性对绕水翼空化流动影响的研究[D];北京理工大学;2015年
2 冉文燊;基于内部流场的空化器结构反求及影响空化过程因素研究[D];新疆大学;2015年
3 赵刚;空化水喷丸工艺中空化行为的数值模拟及影响因素研究[D];辽宁科技大学;2015年
4 林茵;CAP1400核主泵空化流场特性分析[D];大连理工大学;2015年
5 黄君;水力空化清洗装置设计与评价[D];天津科技大学;2013年
6 杨涵;空化射流喷嘴流场数值模拟研究[D];西华大学;2015年
7 黄小东;离心泵内部流动空化特性数值模拟与分析[D];西华大学;2015年
8 李业强;微型高速离心泵内空化流动特性的数值研究[D];华东理工大学;2016年
9 范春燕;柴油机气缸套冷却水空化流数值仿真研究[D];北京理工大学;2016年
10 肖佳伟;液力减速器空化特性试验及分析[D];江苏大学;2016年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978