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竖直窄矩形流道内单气泡成长的数值模拟

船海工程 2022年第S2期51卷 67-72页

作者：王广夫程宁郑子都宋振国海装沈阳局驻大连地区第一军事代表室辽宁大连116000 中国舰船研究设计中心武汉430064

为研究竖直窄矩形流道中气泡的成长,搭建可视化的竖直窄矩形流道实验台架,在常压条件下对过冷流动沸腾中泡核沸腾起始点附近的气泡进行观察,并挑选出2个典型的气泡成长过程进行数值模拟。实验中采用高速摄影仪和热电偶分别记录2例气泡... 详细信息

为研究竖直窄矩形流道中气泡的成长,搭建可视化的竖直窄矩形流道实验台架,在常压条件下对过冷流动沸腾中泡核沸腾起始点附近的气泡进行观察,并挑选出2个典型的气泡成长过程进行数值模拟。实验中采用高速摄影仪和热电偶分别记录2例气泡成长过程中的气泡尺寸、形状,以及壁面温度。通过进行合理假设与理论分析得到热流变化,接着依据热流对整个过程进行数值模拟,得到气泡尺寸、气泡形状,以及温度场。通过对2个案例的分析和数值模拟发现,流动沸腾条件下的2个气泡底部液体微层的蒸发量占总蒸发量的比例均在30%左右。

关键词：流动沸腾气泡成长可视化实验数值模拟

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微孔发泡过程的气泡成长动力学模型

轻工机械 2005年第2期23卷 22-26页

作者：吴晓丹彭玉成国明成华南理工大学工业装备与控制工程学院

研究、建立了聚合物微孔发泡过程中的气泡成长数学模型,以控制发泡过程中的泡孔尺寸大小和尺寸分布。讨论了温度、压力、发泡气体含量等多种因素对气泡成长的影响。

关键词：微孔发泡气泡成长海岛模型泡壳模型

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微孔发泡塑料挤出过程中各种影响因素的研究

中国塑料 2002年第2期16卷 52-55页

作者：国明成彭玉成华南理工大学工业装备与控制工程系广东广州510641

微孔物理发泡因其制品的诸多优点而越来越受到人们的重视,目前人们已逐渐开始将研究重点从发泡成核机理研究转到加工过程中诸多因素的研究,以求更好的实现对泡孔尺寸、分布及密度的控制。针对微孔塑料挤出的全过程,对影响气泡成核、成... 详细信息

微孔物理发泡因其制品的诸多优点而越来越受到人们的重视,目前人们已逐渐开始将研究重点从发泡成核机理研究转到加工过程中诸多因素的研究,以求更好的实现对泡孔尺寸、分布及密度的控制。针对微孔塑料挤出的全过程,对影响气泡成核、成长及泡孔密度的诸多因素如预定型压力、熔体温度、粘度、气泡界面张力、定型卷取速度。冷却水温等进行了全面分析,从而使微孔塑料的生产更趋合理化。

关键词：微孔塑料挤出气泡成核气泡成长预定型定型发泡塑料

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竖直矩形流道中泡核沸腾起始点的研究

核技术 2019年第5期42卷 82-88页

作者：程宁郭赟彭常宏张勇中国科学技术大学物理学院合肥230026 中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室成都610213

竖直矩形窄流道由于具有良好的换热效果和紧凑的结构而被广泛应用于工程领域。针对两个间隙分别为1.8 mm和2.8 mm的竖直矩形流道,以可视化的方法研究了过冷沸腾条件下进口温度、质量流速和流道高度对泡核沸腾起始点(Onset of Nucleate B... 详细信息

竖直矩形窄流道由于具有良好的换热效果和紧凑的结构而被广泛应用于工程领域。针对两个间隙分别为1.8 mm和2.8 mm的竖直矩形流道,以可视化的方法研究了过冷沸腾条件下进口温度、质量流速和流道高度对泡核沸腾起始点(Onset of Nucleate Boiling,ONB)的气泡成长和壁面过热度的影响。以去离子水作为工质,使用高速照相机拍摄气泡的成长过程并使用热电偶记录背板温度。发现两个流道中进口温度和质量流速对ONB点的气泡成长以及ONB点壁面过热度的影响一致;质量流速一定时,流道高度对ONB点的气泡成长无明显影响;流道高度对ONB点壁面过热度与面热流密度的关系无明显影响;ONB点壁面过热度与面热流密度的关系可以由文献中的经验关系式预测。

关键词：竖直矩形流道可视化实验泡核沸腾起始点气泡成长壁面过热度

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水下燃气喷管高速射流问题研究

水下燃气喷管高速射流问题研究

作者：徐小强浙江大学

学位级别：硕士

火箭水下点火瞬间的燃气喷管高速射流一个复杂的物理过程。喷管外水流场的背压效应将会限制燃气的迅速扩散，大量喷入水中的燃气形成燃气泡，在水中以很快的速度膨胀，其所造成的压力场会对导弹载荷和运动产生影响，点火瞬间喷管中的气... 详细信息

火箭水下点火瞬间的燃气喷管高速射流一个复杂的物理过程。喷管外水流场的背压效应将会限制燃气的迅速扩散，大量喷入水中的燃气形成燃气泡，在水中以很快的速度膨胀，其所造成的压力场会对导弹载荷和运动产生影响，点火瞬间喷管中的气流场和管口外的水流场物理变化非常迅速，气流中会出现复杂激波系的动态传播等，是一个涉及可压与不可压缩相的非稳态两相流动工程问题。有限体积方法，特别是间断解的非结构网格有限体积方法是当前计算流体力学研究的热点，而其中的活动界面追踪问题的数值模拟方法和活动界面的重构技术更是这中间非常活跃的一个领域。Fluent是目前在全球应用最为广泛的计算流体力学通用软件，在它的辅助之下，许多复杂工程流体力学问题已经得到了很好的解决并得到了工业界的广泛认同，但针对上述问题，Fluent还没有成功的先验算例。稳重在系统考察了Fluent的核心算法和理论基础之后，通过选择调整Fluent的现有算法，结合自己的程序模块，解决了这一问题。本文给出了包括数值方法介绍、计算模型建立以及计算结果的处理分析的相关算例，数值实验表明，此方法可以较为全面反映水下燃气喷管射流形成初期的物理过程，得到了丰富的计算数据，成功分辨捕捉了流场中复杂的动态激波结构以及燃气泡的成长过程，与文献中的计算结果吻合程度良好。另外，文中还给出了作者另外一部分工作的相关内容，即利用推广了的建立在半交错网格基础上的连续性方程压力连接方法来计算不可压缩粘性轴对称体内外流问题，整个内外流流场分块生成结构化网格，统一求解，与建立在交错网格上的有限体积方法计算，并查验了计算区域与网格类型的差异对计算结果的影响。

关键词：水下燃气射流气水界面追踪气泡成长数值计算有限体积法 CFD软件研究与应用

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液氮汽蚀数值与初步实验研究

液氮汽蚀数值与初步实验研究

作者：项世军浙江大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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。

关键词：汽蚀气泡成长低温流体数值模拟汽蚀实验

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泡沫塑料气泡膨胀的动量质量和热量传递理论

材料导报 2002年第5期16卷 68-71页

作者：刘小平吴舜英深圳职业技术学院先进制造技术与工程系深圳518055 华南理工大学工业装备与控制工程系广州510641

概述了国内外泡沫塑料气泡膨胀理论的研究进展,对气泡膨胀动量质量和热量传递理论的发展进行了分析阐述,展望了这一领域的研究方向和研究重点。

关键词：动量质量热量传递理论泡沫塑料气泡膨胀研究进展气泡成长气泡振动

不同深度下导弹水下点火燃气射流流场数值模拟

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不同深度下导弹水下点火燃气射流流场数值模拟

作者：许佳伟哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

导弹水下点火发射具有高隐蔽性和强机动性等突出优点,但同时也涉及到水下点火瞬间燃气喷管高速射流这一复杂的物理过程。由于不同介质间密度差异的影响,喷管外水流场的背压将会限制燃气的迅速扩散,大量喷入水中的燃气形成燃气泡,在水中... 详细信息

导弹水下点火发射具有高隐蔽性和强机动性等突出优点,但同时也涉及到水下点火瞬间燃气喷管高速射流这一复杂的物理过程。由于不同介质间密度差异的影响,喷管外水流场的背压将会限制燃气的迅速扩散,大量喷入水中的燃气形成燃气泡,在水中以很快的速度膨胀,燃气泡的发展会对导弹载荷和运动产生影响,点火瞬间燃气射流流场物理变化非常迅速,气流中会出现复杂激波系的动态传播等,是一个涉及可压与不可压缩相的非稳态两相流动问题。本文在系统考察了商业软件Fluent的核心算法和理论基础之后,通过选择调整的现有算法,结合本人自行编制的UDF程序,建立了非定常条件下粘性、可压、二维轴对称燃气射流的数学模型,对不同水深导弹水下点火过程、不同扩张比喷管水下燃气射流流场进行了数值模拟。给出了典型时刻燃气射流流场的温度、马赫数、燃气体积分数分布图以及喷管射流产生的推力随时间的变化曲线,从图中可以看到在燃气泡发展过程中各参数的动态发展变化趋势及复杂的激波系形状,同时对各个时刻的燃气射流流场特点进行了分析并将某些方案的实验测量和数值模拟结果进行了对比。研究结果表明,点火初期,由于水的密度远大于燃气,其惯性阻滞作用很大,燃气在喷管底部出现翻卷现象,燃气泡径向尺寸发展速度大于其轴向发展,随着射流的发展,喷管底部聚集的燃气在主流区燃气的携带作用下重新被卷吸回到主流区。射流发展到一定程度后,燃气泡会出现破裂、脱落、颈缩等剧烈变化现象。流场中出现复杂的波系生成与运动,欠膨胀状态下,流场中波系比较复杂;过膨胀状态下,波系较为简单。射流初期,流场中压力特别是喷管底部压力和喷管推力出现剧烈脉动,推力在脉动后迅速达到稳定值,其随时间的变化趋势与喷管进口总压变化曲线一致。推力随工作水深的增加而减小。考虑了三维效应的喷管水下燃气射流在整体上仍基本呈现关于喷管轴线对称的性质。除部分流场细节外,三维喷管燃气射流计算结果与轴对称喷管基本一致。本文所采用的计算方法可以较为全面反映水下燃气喷管射流形成的物理过程,得到了丰富的计算数据,成功分辨捕捉了流场中复杂的动态激波结构以及燃气泡的成长过程,比较准确地预测平均压力和喷管推力,数值模拟结果与实验结果吻合较好,误差＜5.0%。本文的研究结果将有助于对水下燃气射流场的认识,并作为喷管设计与结构优化的参考。

关键词：水下燃气射流气泡成长多相流模型有限体积法数值模拟