空化現(xiàn)象是導致火箭發(fā)動機低溫泵失效的基礎問題。對低溫流體的非穩(wěn)態(tài)空化特性及機理的深入理解有助于液體火箭發(fā)動機低溫泵系統(tǒng)性能優(yōu)化,因此具有重要作用。由于低溫空化相較于水空化存在顯著的熱效應,物理機理更加復雜。但低溫環(huán)境下可視化實驗觀察難度極大,因此至今為止,相關實驗數(shù)據(jù)較為匱乏,對低溫空化非穩(wěn)態(tài)特性和機理的理解尚未充分。為此,本文主要開展了以下工作:1、基于H-T氣泡動力學模型,求解了包含可壓縮性、熱效應、表面張力、粘度、不可凝氣體等效應的低溫單氣泡動力學模型,分析了壓差對單個氣泡成長和潰滅過程的影響特性。低溫氣泡動力學模型經(jīng)水的超聲空化實驗驗證。研究表明,對于氣泡成長過程,熱效應延長了成長的時間,泡壁速度先增大后減小,熱效應越強,泡壁速度最大值越早達到,且值越小;初始壓差越大氣泡泡壁面速度越大,氣泡成長更快。對于氣泡潰滅過程,熱效應抑制了氣泡的振蕩及最大潰滅壓力幅值,并延長了潰滅時間;熱效應越強,泡壁速度最大值越早達到,且值越小。熱效應越強,初始壓差對潰滅時間長度的影響更大,并且兩者逐漸呈現(xiàn)指數(shù)關系。2、基于均勻混合物模型,建立了考慮氣液全可壓縮性和熱效應的非穩(wěn)態(tài)低溫空化數(shù)值模擬框架,... 

【文章來源】：浙江大學浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：144 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

刀因子基本模型

空化特征將由于增強的熱效??應而變化。在Ｃｅｒｖｏｎｅ的實驗中，在冷熱水中出現(xiàn)空化現(xiàn)象如圖１．３所示。在熱??水的情況下（情況ａ），氣泡比冷水（情況ｂ）小，并且更容易聚合。??除此之外，具有熱效應的空化特性在不同流體中也會有所不同。例如，Ｇｅｌｄｅｒ??等［｜６］觀察到沿文氏管壁氟利昂１１４?（１５°Ｃ）的空化流動較之液氮（－１９６°Ｃ）更加??劇烈和嘈雜，但液氮空化的前緣更不穩(wěn)定并且周向發(fā)展更加不均勻。??國ｓ??（ａ）水?（ｂ）液氮??圖１．２誘導輪空化（ａ）水（３０６Ｋ）及（ｂ）液氮（７９Ｋ）?［８６］??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?Ｃａｖｉｔａｔｉｎｇ?ｉｎｄｕｃｅｒ?ｉｎ?（ａ）?ｗａｔｅｒ?（３０６?Ｋ）?ａｎｄ?（ｂ）?ｌｉｑｕｉｄ

空化特征將由于增強的熱效??應而變化。在Ｃｅｒｖｏｎｅ的實驗中，在冷熱水中出現(xiàn)空化現(xiàn)象如圖１．３所示。在熱??水的情況下（情況ａ），氣泡比冷水（情況ｂ）小，并且更容易聚合。??除此之外，具有熱效應的空化特性在不同流體中也會有所不同。例如，Ｇｅｌｄｅｒ??等［｜６］觀察到沿文氏管壁氟利昂１１４?（１５°Ｃ）的空化流動較之液氮（－１９６°Ｃ）更加??劇烈和嘈雜，但液氮空化的前緣更不穩(wěn)定并且周向發(fā)展更加不均勻。??國ｓ??（ａ）水?（ｂ）液氮??圖１．２誘導輪空化（ａ）水（３０６Ｋ）及（ｂ）液氮（７９Ｋ）?［８６］??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?Ｃａｖｉｔａｔｉｎｇ?ｉｎｄｕｃｅｒ?ｉｎ?（ａ）?ｗａｔｅｒ?（３０６?Ｋ）?ａｎｄ?（ｂ）?ｌｉｑｕｉｄ

【參考文獻】：
期刊論文
[1]三維液氮空化的大渦模擬和機理[J]. 徐璐,朱佳凱,謝黃駿,周芮,張小斌.  化工學報. 2016(S2)
[2]液氮汽蝕實驗中低溫熱電偶的標定及誤差分析[J]. 謝黃駿,朱佳凱,徐璐,陳建業(yè),張小斌.  低溫工程. 2016(04)
[3]文氏管中低溫流體汽蝕過程可視化實驗研究[J]. 趙東方,朱佳凱,徐璐,余柳,張小斌,陳建業(yè),王宇辰.  低溫工程. 2015(06)
[4]液氮繞水翼低溫空化三維數(shù)值模擬計算(英文)[J]. 孫鐵志,魏英杰,王聰,趙成功.  船舶力學. 2014(12)
[5]Validation of dynamic cavitation model for unsteady cavitating flow on NACA66[J]. ZHANG XiaoBin,ZHANG Wei,CHEN JianYe,QIU LiMin,SUN DaMing.  Science China（Technological Sciences）. 2014(04)
[6]Modeling cavitation flow of cryogenic fluids with thermodynamic phase-change theory[J]. ZHANG XiaoBin,WU Zhao,XIANG ShiJun,QIU LiMin.  Chinese Science Bulletin. 2013(Z1)
[7]Validation of full cavitation model in cryogenic fluids[J]. CAO XiaoLi, ZHANG XiaoBin, QIU LiMin & GAN ZhiHua Institute of Refrigeration and Cryogenics, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China.  Chinese Science Bulletin. 2009(10)
[8]Periodical shedding of cloud cavitation from a single hydrofoil in high-speed cryogenic channel flow[J]. Yutaka ITO,Koichi SETO,Takao NAGASAKI.  Journal of Thermal Science. 2009(01)
[9]基于界面跟蹤方法的汽蝕模型和算法的有效性驗證[J]. 李軍,劉立軍,豐鎮(zhèn)平.  工程熱物理學報. 2006(02)
[10]穩(wěn)態(tài)聲空化泡的高精度測量技術[J]. 劉亞楠,陳偉中,黃威,高賢嫻,姜李安,徐俊鋒,朱逸斐.  科學通報. 2005(22)

博士論文
[1]低溫流體空化特性數(shù)值研究[D]. 馬相孚.哈爾濱工業(yè)大學 2013

碩士論文
[1]汽蝕模型及湍流修正對非穩(wěn)態(tài)汽蝕影響機理[D]. 張偉.浙江大學 2014



本文編號：3356675