【摘要】：空化是水力機械中常見的一種瞬態(tài)流體現(xiàn)象,通常會對設(shè)備關(guān)鍵零部件造成空蝕破壞,降低水利設(shè)備的工作效率和服役壽命。激光誘導產(chǎn)生空泡是目前研究空化機理的重要手段,現(xiàn)有的研究結(jié)果表明,通過控制激光參數(shù),激光誘導空泡可以應用到材料表面強化和微加工等領(lǐng)域。本文采用數(shù)字模擬和實驗研究相結(jié)合的方法,研究了激光誘導空泡在無限域、固壁面和“V”型結(jié)構(gòu)三種環(huán)境下的脈動瞬態(tài)特性,并分析激光能量、離焦量、溫度等因素對激光誘導空泡脈動瞬態(tài)特性的影響。主要的研究結(jié)果如下:(1)分析了不同環(huán)境下激光誘導空泡瞬態(tài)特性和速度場分布。運用ANSYS Fluent軟件并結(jié)合激光熱效應、空化模型、湍流模型等理論,模擬固壁面和“V”型結(jié)構(gòu)內(nèi)的空泡脈動特性,并重點研究空泡內(nèi)的速度場分布。研究結(jié)果表明:空泡在脈動的同時會有靠近固壁面的運動趨勢,同時空泡內(nèi)部會形成類似于微射流的速度場,表明此時空泡具備產(chǎn)生微射流的條件。另外,速度場的變化表明空泡在脈動的同時存在小角度的旋轉(zhuǎn)。(2)實驗研究了不同環(huán)境下激光誘導單空泡的瞬態(tài)特性。根據(jù)高速相機捕獲的空泡脈動序列圖,獲得不同環(huán)境下單空泡的脈動序列、空泡壁序列、空泡壁的脈動速度和空泡直徑等有效結(jié)果與規(guī)律。(3)對比分析了無限域、固壁面和“V”型結(jié)構(gòu)中空泡的產(chǎn)生條件和脈動規(guī)律。無限域中產(chǎn)生空泡所需要的激光能量較高,而“V”型結(jié)構(gòu)中空泡的產(chǎn)生對離焦量有特定的要求。與無限域、固壁面環(huán)境下相比,“V”型結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生的空泡脈動周期和空泡的尺寸較小。(4)發(fā)現(xiàn)了溫度對不同環(huán)境下激光誘導單空泡瞬態(tài)特性的影響規(guī)律,并提出溫度場耦合空泡脈動周期優(yōu)化公式。通過采集不同溫度下無限域和固壁面附近的激光誘導單空泡的瞬態(tài)特性,分析溫度對空泡最大脈動直徑、周期、脈動速度等特性的影響。研究結(jié)果表明,溫度是影響空泡脈動周期、最大脈動直徑的重要因素,但對脈動速度的影響較小�？张莸淖畲竺}動直徑隨著溫度的增加而增加,且當溫度在330K左右時,溫度變化對空泡的最大脈動直徑影響相對較小。由于溫度對固壁面附近空泡脈動周期有較大影響,且周期隨溫度的變化趨勢與飽和蒸汽壓隨溫度的變化趨勢基本一致,所以基于實驗結(jié)果,在Rayleigh等人提出的空泡脈動周期公式的基礎(chǔ)上,本文提出了溫度場耦合空泡周期優(yōu)化公式。
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TV136

【參考文獻】

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本文編號：2737458