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基于CEL法的破损边界附近气泡动力学特性研究

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振动与冲击 2024年第1期43卷 99-106页

作者：张啸崔杰李明远秦孜凯江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏镇江212003

为研究船舶受到水下爆炸冲击波打击后遭受气泡二次冲击,对船体产生破损甚至折断这一类问题,气泡与破损边界的相互作用机理。将破舱壁面简化为具有圆形破口的弹性壁面,基于耦合欧拉-拉格朗日法建立了破损边界附近水下爆炸气泡动力学模型... 详细信息

为研究船舶受到水下爆炸冲击波打击后遭受气泡二次冲击,对船体产生破损甚至折断这一类问题,气泡与破损边界的相互作用机理。将破舱壁面简化为具有圆形破口的弹性壁面,基于耦合欧拉-拉格朗日法建立了破损边界附近水下爆炸气泡动力学模型,将数值结果与模型试验结果进行对比,验证了所建立方法的有效性。在此基础上,研究了气泡射流、气泡体积、脉动周期,以及气泡对壁面冲击损伤的影响,探明了不同破口参数下气泡的脉动规律和射流穿透破口、撕裂等特征规律。为高能武器的研发和舰船破损后安全防护提供理论和技术支撑。

关键词：水下爆炸气泡动力学破损边界流固耦合耦合欧拉-拉格朗日(CEL)

Er∶YAG激光SWEEPS双脉冲模式激活荡洗在自由水域中的气泡动力学观测

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实用口腔医学杂志 2024年第1期40卷 64-70页

作者：何新宇李依洲聂铭远于悦陈浩天潘翀赵继志中国医学科学院北京协和医院口腔科 100730 清华大学玉泉医院口腔科北京航空航天大学流体力学教育部重点实验室

目的:探究Er∶YAG激光光子增强的光声流(SWEEPS)技术在不同脉冲间隔参数条件下的蒸汽气泡动力学效应。方法:Er∶YAG激光手具连接工作尖放置于自由水域模型中,设置SWEEPS模式,150~600μs脉冲间隔激活。高速摄像机(200 000 Hz)摄录Er∶YA... 详细信息

目的:探究Er∶YAG激光光子增强的光声流(SWEEPS)技术在不同脉冲间隔参数条件下的蒸汽气泡动力学效应。方法:Er∶YAG激光手具连接工作尖放置于自由水域模型中,设置SWEEPS模式,150~600μs脉冲间隔激活。高速摄像机(200 000 Hz)摄录Er∶YAG激光激活荡洗引起空穴效应的过程,matlab逐帧分析蒸汽气泡间的相互作用关系,及蒸汽气泡消失时刻气泡残余与激光工作尖之间的距离。实验数据经SPSS 19.0统计软件进行统计分析。结果:在自由水域中,Er∶YAG激光SWEEPS模式下,脉冲间隔设置的改变会引起两次脉冲激发的蒸汽气泡形成不同的相互作用关系,包括双气泡融合、双气泡撞击及双气泡脱离。其中,脉冲间隔设置为360~440μs时,双气泡撞击现象会使蒸汽气泡消失时气泡残余与激光工作尖之间达到最远距离。结论:在自由水域中,Er∶YAG激光双脉冲SWEEPS模式在不同的脉冲间隔设置下引起双气泡间形成不同的作用关系,该现象可能可以增强Er∶YAG激光空穴效应,强化激光激活荡洗的临床应用效果。

关键词： Er∶YAG激光激光激活荡洗气泡动力学 SWEEPS

剪切增稠幂律流体中单气泡上升动力学行为的格子Boltzmann方法研究

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物理学报 2024年

作者：许鑫萌娄钦上海理工大学能源与动力工程学院

采用不可压非牛顿气液两相流格子Boltzmann研究了剪切增稠流体中气泡上升的动力学行为，重点分析了流变指数n、E?υ?s数(Eo)和Galilei数(Ga)对气泡形变、终端速度和剪切速率的影响. 数值结果表明: 气泡形变程度随Eo的增大而增加， n对... 详细信息

采用不可压非牛顿气液两相流格子Boltzmann研究了剪切增稠流体中气泡上升的动力学行为，重点分析了流变指数n、E?υ?s数(Eo)和Galilei数(Ga)对气泡形变、终端速度和剪切速率的影响. 数值结果表明: 气泡形变程度随Eo的增大而增加， n对气泡形状的影响与Ga相关. 另一方面，随着Ga增大，气泡终端速度随n呈非线性单调增加，且n对终端速度的影响随Ga的增加逐渐明显; 当Ga固定且值较小时，气泡终端速度在较小Eo下随n的增大先增大后减小，而当Eo较大时终端速度随n的增大呈增加趋势; 当Ga固定且较大时，气泡终端速度在Eo较大时较为统一地随n增加而增大. 此外，气泡左右两端存在剪切速率较高的区域，该区域尺寸随Eo、Ga的增加而增大，随n的增加先增大后缩小. 最后利用正交试验法得到上述三变量对剪切速率和终端速度的影响程度. 对于剪切速率，参数影响程度由大到小的顺序依次为n， Ga和Eo; 对于终端速度， Ga对其影响最大， n次之， Eo影响程度最小.

关键词：格子Boltzmann方法气泡动力学剪切增稠流体

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多孔泡沫吸气板调控沸腾气泡动力学实验研究

化工学报 2022年第11期73卷 4948-4956页

作者：王逸然关朝阳高翔陈宏霞华北电力大学能源动力与机械工程学院北京102206

利用不同的改性方法对多孔泡沫铜表面进行浸润性改性处理,并制备了一系列具有不同疏水性的吸气板,系统研究了悬挂吸气板对沸腾单气泡生长、脱离阶段的影响。结果表明,不同吸气高度和吸气浸润性均对沸腾气泡动力学特性具有重要影响。当... 详细信息

利用不同的改性方法对多孔泡沫铜表面进行浸润性改性处理,并制备了一系列具有不同疏水性的吸气板,系统研究了悬挂吸气板对沸腾单气泡生长、脱离阶段的影响。结果表明,不同吸气高度和吸气浸润性均对沸腾气泡动力学特性具有重要影响。当吸气高度小于气泡最大生长高度时,吸气板可实现强制气泡脱离并有效减小气泡最大脱离直径。当吸气板表面浸润角为150°时,吸气效果最佳,最短可将脱离阶段缩短至3 ms,最大瞬时吸气速率可达5.46 mm^(3)/ms,为浸润角是100°吸气板吸气速率的3.96倍。耦合控制吸气板的吸气高度、浸润性和换热表面的微结构可共同实现对气泡生长阶段的提前干预和对脱离阶段的强制促进,真正实现沸腾动力学的全程强化。

关键词：核态沸腾吸气板气泡动力学全程强化浸润性

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太阳能光催化分解水气泡动力学研究进展

西安交通大学学报 2023年第3期57卷 1-22页

作者：郭烈锦曹振山王晔春张博冯雨杨徐强西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室西安710049

太阳能光催化分解水制氢中的气泡动力学,涉及多物理场和光催化反应之间的相互作用,相比传统的沸腾换热和电解水领域气泡动力学更加复杂且具有独特性。本文从光催化分解水基本原理出发,综述了催化剂表面气泡成核生长动力学规律及其行为... 详细信息

太阳能光催化分解水制氢中的气泡动力学,涉及多物理场和光催化反应之间的相互作用,相比传统的沸腾换热和电解水领域气泡动力学更加复杂且具有独特性。本文从光催化分解水基本原理出发,综述了催化剂表面气泡成核生长动力学规律及其行为调控的研究进展。对于光催化分解水的气泡成核尺度和过饱和度,可以通过经典成核理论估算,然而受现有测试方式的制约,尚无法同时获取高空间和高时间分辨率的成核过程信息。对于催化剂表面气泡的生长规律,通常可由惯性控制、扩散控制和化学反应控制3种机制进行描述,而决定气泡生长控制机制的关键是有效反应表面与气泡尺寸的相对大小。为了有效降低气泡覆盖对光催化反应系统带来的负面影响,可通过添加表面活性剂、调节催化剂表面结构和润湿性为主的被动调控方式,以及施加外部流场、声场、磁场和周期性光照为主的主动调控方式,对气泡行为进行定向调控加以实现。当前研究面临的主要挑战是揭示光催化分解水过程中复杂物理场作用下的相间作用和能质输运机理,从而为未来低成本、高效利用太阳能光催化分解水制氢应用提供指导。

关键词：太阳能制氢光催化分解水光电转化气泡动力学行为调控

基于气泡动力学的过冷流动沸腾边界层模型研究

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原子能科学技术 2022年第7期56卷 1219-1229页

作者：何雯赵陈儒薄涵亮清华大学核能与新能源技术研究院北京100084

过冷流动沸腾中的流动和传热特性对反应堆的安全运行和经济性都具有重要意义。过冷流动沸腾起始于ONB点,结束于Tsat点,中间被OSV点划分为高过冷流动沸腾段和低过冷流动沸腾段,不同阶段流场情况以及气泡行为存在较大区别。目前关于过冷... 详细信息

过冷流动沸腾中的流动和传热特性对反应堆的安全运行和经济性都具有重要意义。过冷流动沸腾起始于ONB点,结束于Tsat点,中间被OSV点划分为高过冷流动沸腾段和低过冷流动沸腾段,不同阶段流场情况以及气泡行为存在较大区别。目前关于过冷流动沸腾过程的研究主要基于宏观实验、理论研究和数值模拟,随着气泡动力学的发展,从微观层面揭示沸腾机理变得可行。本文基于气泡动力学和气泡边界层模型,提出了一套预测过冷流动沸腾的理论模型,采用分相模型,将流场在径向上划分为多个区域,通过1组准二维控制方程,将各区域内的气泡行为,区域间的质量、动量和能量交换以及两相参数沿轴向的变化情况考虑在内,利用获得的边界层流场信息,可确定ONB点和OSV点。模型与空泡份额和流体温度的实验结果符合良好,并成功应用于核反应堆燃料元件通道的过冷流动沸腾计算。

关键词：过冷流动沸腾气泡动力学气泡边界层模型分相模型 ONB点 OSV点

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基于气泡动力学分段调控浸润性强化核态沸腾

化工学报 2022年第4期73卷 1557-1565页

作者：陈宏霞李林涵高翔王逸然郭宇翔华北电力大学能源动力与机械工程学院北京102206

基于多孔或微结构表面润湿性改性的核态沸腾强化传热,已得到广泛研究。利用CFD-VOF数值模拟方法,针对单晶硅微柱表面单气泡的生长及脱离过程,进行表面浸润性分段调控,实现气泡沸腾换热的全程强化。分别调控初始接触角为48°、60°、90°... 详细信息

基于多孔或微结构表面润湿性改性的核态沸腾强化传热,已得到广泛研究。利用CFD-VOF数值模拟方法,针对单晶硅微柱表面单气泡的生长及脱离过程,进行表面浸润性分段调控,实现气泡沸腾换热的全程强化。分别调控初始接触角为48°、60°、90°和110°后,同一时刻(t=0.152 ms)变接触角为20°,对比研究分段调控浸润性对气泡动力学过程与表面换热性能的影响。结果表明:疏水性可提高气泡生长速率,增强微柱表面对气泡的黏附力,促进气泡在微结构缝隙内的横向铺展;t=0.150 ms时接触角为110°表面上气泡与底面接触面积增加1.3倍,微层蒸发功率增加1.2倍。需要指出的是,毛细效应随颗粒粒径变化趋势受到多孔介质复杂孔隙结构特征的影响。在当前粒径范围内,认为其具有正相关关系,但在更大范围内的对应关系,还需要在未来进一步深入揭示。

关键词：核态沸腾浸润性分段调控数值模拟气泡动力学

基于LBM的均匀电场池沸腾单气泡动力学模拟

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计算物理 2022年第5期39卷 537-548页

作者：张浏斌单彦广戎志成上海理工大学能源与动力工程学院上海200093

采用格子玻尔兹曼方法(LBM),在气-液相变模型的基础上,耦合理想电介质模型,模拟均匀电场作用下池沸腾单气泡成核、生长、脱离过程,详细研究重力加速度和电场强度对气泡动力学的影响。结果表明:在重力加速度相同的情况下,随着电场强度的... 详细信息

采用格子玻尔兹曼方法(LBM),在气-液相变模型的基础上,耦合理想电介质模型,模拟均匀电场作用下池沸腾单气泡成核、生长、脱离过程,详细研究重力加速度和电场强度对气泡动力学的影响。结果表明:在重力加速度相同的情况下,随着电场强度的增加,气泡的脱离直径与脱离时间随之减小,壁面平均热流增加。随着重力加速度减小,壁面平均热流减少,电场强度对于气泡脱离频率的影响更加显著。气泡在均匀电场中形状发生改变,它将沿着电场线的方向拉伸,变得更加细长,电场强度与气泡的纵横比和高度呈线性相关。

关键词：格子玻尔兹曼方法池沸腾均匀电场气泡动力学

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方波驱动下双气泡的动力学行为

应用声学 2022年第5期41卷 735-742页

作者：王寻黎奥周敏梁金福张泽坤吴伟上海电机学院凯撒斯劳滕智能制造学院上海201306 中国科学院声学研究所语言声学与内容理解重点实验室北京100190 西安工程大学理学院西安710048 贵州师范大学物理与电子科学学院贵阳550025

探索方波驱动下双气泡的脉动规律,能够促进方波在声空化工程中的实际应用。该文通过数值求解双气泡耦合方程组,研究了方波驱动下双气泡的动力学行为,得到了多种条件下不同时刻两个气泡半径的数值,并以此计算出气泡间的次Bjerknes力。研... 详细信息

探索方波驱动下双气泡的脉动规律,能够促进方波在声空化工程中的实际应用。该文通过数值求解双气泡耦合方程组,研究了方波驱动下双气泡的动力学行为,得到了多种条件下不同时刻两个气泡半径的数值,并以此计算出气泡间的次Bjerknes力。研究表明,方波驱动下的两气泡收缩时能够达到的最高温度和压强显著高于正弦波驱动下的情况。在方波驱动下,增大驱动频率会使得两个气泡膨胀时能达到的最大半径和次Bjerknes力减小。当两个气泡的平衡半径不同时,其中一个气泡的剧烈收缩会使得另一个气泡产生一个振动方向相反的声脉冲。随着两个气泡平衡半径差距的增加,气泡收缩的时间间隔增大。此外,当驱动声压幅值逐渐增大时,气泡脉动规律也会发生很大的变化。

关键词：气泡动力学超声驱动方波声辐射