在水泵、水輪機(jī)等水力機(jī)械運(yùn)行過程中容易出現(xiàn)空化現(xiàn)象,而當(dāng)流場中含有泥沙顆粒時(shí),空泡-顆粒的協(xié)同作用會(huì)對設(shè)備結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴(yán)重的破壞,為了更好地揭示空泡-顆粒相互干涉的機(jī)理,本文采用高速攝影技術(shù),對空泡與單顆粒、空泡與對稱雙顆粒以及空泡與非對稱雙顆粒的相互干涉開展實(shí)驗(yàn)研究,主要研究內(nèi)容如下:（1）搭建空泡顆粒相互作用實(shí)驗(yàn)臺,開展空泡與顆粒干涉實(shí)驗(yàn)。設(shè)計(jì)空泡發(fā)生裝置產(chǎn)生空泡,并通過調(diào)節(jié)電源電壓控制空泡大小,利用高速攝像機(jī)拍攝記錄空泡顆粒相互干涉的全過程,使用圖像處理軟件對空泡的形態(tài)以及顆粒的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行處理和分析。（2）空泡與單顆粒的相互干涉研究,針對顆粒空泡半徑比、顆�？张蓍g的無量綱距離等參數(shù)對空泡與顆粒的相互干涉作用進(jìn)行分析。研究發(fā)現(xiàn)顆粒的最大水平位移量隨著無量綱距離的增大而減小,顆粒空泡半徑比不會(huì)影響顆粒的基本運(yùn)動(dòng)形態(tài),但是會(huì)影響其最大水平位移量。顆粒的存在會(huì)使空泡發(fā)生變形,并且空泡在不同的無量綱距離下會(huì)表現(xiàn)出不同的潰滅形態(tài),其潰滅時(shí)間隨著無量綱距離的增大而減小,并且最終趨近自由域情形下的空泡潰滅時(shí)間。（3）空泡與雙顆粒的相互干涉研究,對不同顆�？张莅霃奖�、顆�？张蓍g的無量綱距離以及顆粒分布的... 

【文章來源】：浙江理工大學(xué)浙江省

【文章頁數(shù)】：67 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖２．１空泡與顆粒相互干涉的系統(tǒng)示意圖??水箱：一個(gè)透明的有機(jī)玻璃水箱（１５０ｍｍＸ３００ｍｍＸ３００ｍｍ），里面裝有８０％容積的??

浙江理工大學(xué)碩士學(xué)位論文?空泡與顆粒相互干涉的實(shí)驗(yàn)研究??同一水平線。??電路：包括一個(gè)６０ｖ可調(diào)直流電源，三個(gè)電容（３３００壚、３３００壚和１０００壚），一個(gè)??ｌｋＱ的電阻，以及一對電極（直徑０．２６ｍｍ的細(xì)銅線）。其中直流電源的電壓可根據(jù)不同??的實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行調(diào)節(jié)，來產(chǎn)生不同尺寸的空泡。如圖２．１所示，轉(zhuǎn)換開關(guān)位于上側(cè)時(shí)，電??源為電容充電，等電容充滿電后，將轉(zhuǎn)換開關(guān)撥到下側(cè)，電容中的電荷被釋放，在兩電極??接觸點(diǎn)處短路，從而產(chǎn)生電火花，進(jìn)而在水中產(chǎn)生空泡。根據(jù)不同的電壓，產(chǎn)生的最大空??泡半徑從不等，電壓越大，空泡半徑越大。??高速攝像機(jī)：高速攝像機(jī)的型號為ＰＣＯ．?ｄｉｍａｘ?ＨＤ，拍攝幀率最高為２０００００ｆｐｓ?（幀??每秒），最高分辨率為１９２０Ｘ１０８０。具體的實(shí)驗(yàn)條件根據(jù)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)要求來設(shè)置相應(yīng)的拍??攝幀率、曝光時(shí)間與畫面幅度。高速相機(jī)配有一個(gè)Ｎｉｋｋｏｉ－６０ｍｍ微距鏡頭，可以對特定拍??攝目標(biāo)進(jìn)行兩倍放大。高速相機(jī)連接一臺筆記本電腦，通過電腦上的軟件控制拍攝過程。??光源：包括一個(gè)高強(qiáng)度無頻閃的ＬＥＤ燈，功率為２０００Ｗ。為了使產(chǎn)生的光線均勻分??布，在水箱靠近光源的側(cè)面粘貼了一塊勻光板。??高速相機(jī)?電路系統(tǒng)??實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)?高功率光源??圖２．２實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)物圖??９??

浙江理工大學(xué)碩士學(xué)位論文?空泡與顆粒相互干涉的實(shí)驗(yàn)研宄??２．３實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確性與可行性驗(yàn)證??在實(shí)驗(yàn)開始前，首先進(jìn)行自由域內(nèi)單空泡的生長與潰滅過程的重復(fù)實(shí)驗(yàn)，來檢驗(yàn)低壓??電火花法的準(zhǔn)確性。在電源電壓為４５ｖ的條件下，采用直徑０．２６ｍｍ的細(xì)銅絲作為電極，??在水中放電產(chǎn)生空泡，實(shí)驗(yàn)重復(fù)進(jìn)行三次。將電極接觸點(diǎn)放置在水箱中心位置處從而避免??水箱壁面以及自由液面對空泡產(chǎn)生影響，實(shí)驗(yàn)在常溫常壓下進(jìn)行，高速相機(jī)的幀率設(shè)定為??１４４８７ｆｐｓ，曝光時(shí)間ｌｇｓ。典型的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖２．３所示，ｒ＝０ｍｓ，兩電極接觸點(diǎn)放電產(chǎn)生??電火花，并誘導(dǎo)產(chǎn)生等離子體，最后空泡持續(xù)膨脹直至／＝〇．６２ｍｓ空泡達(dá)到最大尺寸，此時(shí)??最大空泡半徑為３．６ｍｍ，隨后空泡開始收縮，直到／＝０．９７ｍｓ，空泡完全潰滅，隨后空：＾包還??會(huì)經(jīng)歷多次小幅度的震蕩反彈直至完全消失。??０?ｍｓ?０．３５?ｍｓ?０．４１?ｍｓ?０．６２?ｍｓ?０．７６?ｍｓ??ＭＭＢＭＭ?ＨＩＨＨ?ＨＨＨＨ?ＨＨＨｆｉ??０．８３?ｍｓ?０．９７?ｍｓ?１．０４?ｉｎｓ?１．３１?ｍｓ?１．７３?ｍｓ??圖２．?３自由域內(nèi)單空泡生長與潰滅??圖２．４展示了空泡運(yùn)動(dòng)發(fā)展的過程，將其分為三個(gè)階段：??第Ｉ階段（ａ－ｃ）：膨脹階段。電極接觸點(diǎn)處開始放電，液體中的微小氣核受激膨脹產(chǎn)生??空泡。此時(shí)空泡內(nèi)壓強(qiáng)大于空泡外壓強(qiáng)，空泡不斷膨脹，空泡半徑不斷增大，泡壁速度為??正，推動(dòng)周圍液體朝四周擴(kuò)散。當(dāng)空泡內(nèi)外壓強(qiáng)相等時(shí)，空泡不再膨脹，此時(shí)空泡達(dá)到最??大半徑。整個(gè)膨脹階段空泡的泡徑變化特征是迅速而不劇烈的。??第ＩＩ階段（ｃ－ｅ）：潰滅階段。當(dāng)空泡達(dá)到最大半徑時(shí)，泡內(nèi)夕


本文編號：3017605