液氮汽蚀数值与初步实验研究

作     者：项世军 

作者单位：浙江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张小斌

授予年度：2012年

学科分类：081704[工学-应用化学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 081701[工学-化学工程] 

主      题：汽蚀 气泡成长 低温流体 数值模拟 汽蚀实验 

摘      要：本文对低温流体汽蚀现象进行了较为深入的理论与初步的实验研究,是基于常温流体汽蚀现象研究的一个延伸和拓展。低温流体因其在物性方面的特殊性,使得产生了有别于水汽蚀的汽蚀现象和数理方法,该方法考虑了低温流体的热效应,该效应以及特殊物性的存在使得低温流体汽蚀相比水汽蚀呈现出汽蚀区温降、气液相界面模糊、近似条件下汽蚀强度减弱的特点。其研究意义在于,对汽蚀机理的深入研究有利于提高低温流体机械运转的稳定性和使用寿命等。 本文首先较充分地调研了国内外学者在气泡的成长,水汽蚀模型,低温流体热效应模型和低温流体汽蚀模型等方面的研究。在本文第二章,基于Rayleigh提出的在均匀过热液体中惯性力控制阶段气泡的成长模型的基础上,发展了气泡在整个控制阶段的成长模型,并定量的提出了液体表面张力对热控制阶段气泡成长速率的影响。然后引入了应用较多的P-Z模型、F-Z模型以及多组实验数据与本模型的计算结果进行对比,进一步证明了本模型的准确性以及表面张力影响的不可忽略性,本章最后定量给出了表面张力对气泡成长的影响。 随后,由于全汽蚀模型假设气泡半径为常数,在建模非稳态汽蚀时与物理过程不符,本文利用Rayleigh-Plesset方程、热力学化学势的概念及均相成核理论,发展了动态汽蚀模型。该模型基于气泡处于热力学平衡状态的假设,计算气泡半径为压力的函数。当经验系数取适当值时,动态汽蚀模型在模拟二维和轴对称、类稳态液氮液氢汽蚀时,所得的温度及压力分布与完全汽蚀模型有相同的精度,且对于复杂压力分布情况,动态汽蚀模型有更高的精度。 本文进行了低温流体汽蚀的可视化实验研究,完成了实验方案的设计,主要部件的选型,实验台测量控制系统的搭建,并进行了初步实验。然而所取得的图像数据并不理想,甚至不可用,因此,本文最后较详细分析了其原因及低温流体汽蚀实验的难点和要点。 本项目受到了国家科学基金(青年)项目：跨临界低温流体汽蚀机理研究(No.50706042)资助。