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三相磨粒流抛光及其气泡溃灭分布特性

光学精密工程 2018年第2期26卷 388-398页

作者：计时鸣葛江勤谭大鹏曾晰浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术教育部重点实验室浙江杭州310014

针对软性磨粒流在加工硬脆性材料时效率低下的问题,本文提出一种气-液-固三相磨粒流加工方法。该方法通过在加工流场内注入微尺度气泡群,利用气泡溃灭释放的能量提升磨粒流加工能力。基于计算流体力学和群体平衡模型耦合计算方法,建立气... 详细信息

针对软性磨粒流在加工硬脆性材料时效率低下的问题,本文提出一种气-液-固三相磨粒流加工方法。该方法通过在加工流场内注入微尺度气泡群,利用气泡溃灭释放的能量提升磨粒流加工能力。基于计算流体力学和群体平衡模型耦合计算方法,建立气-液-固三相磨粒流流体力学模型,数值模拟结果揭示了工件表面三相磨粒流形成高速湍流涡旋流场加工特性,得到了工件表面气泡溃灭的分布规律,并探明流体黏度与气泡溃灭之间的关系。图像粒子测速实验表明,通入微尺度气泡群后,平均速度从12.50~13.50m/s提升至15.00~17.00m/s,最高平均速度可达20.00m/s以上。对比加工实验显示,经8h加工后,粗糙度从0.50μm降低到0.05μm。理论和实验研究结果说明借助微尺度气泡群的溃灭效应可有效提升软性磨粒流的加工效率和加工精度。

关键词：硬脆性材料加工软性磨粒流气-液-固三相磨粒流气泡溃灭

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单个蒸汽气泡溃灭过程的边壁效应数值研究

上海交通大学学报 2014年第12期48卷 1766-1771,1776页

作者：张马骏陈鑫上海交通大学工程力学系上海200240 上海交通大学水动力学教育部重点实验室上海200240

采用数值模拟的手段,耦合流体体积(VOF)多相流模型和自然空泡模型,通过改变单个蒸汽气泡距竖直固壁和水面的距离,计算了这2类边壁共同作用下的溃灭过程.在溃灭的前期,气泡外形主要受水面边壁影响,呈远离水面向内凹陷的趋势;在溃灭的后期... 详细信息

采用数值模拟的手段,耦合流体体积(VOF)多相流模型和自然空泡模型,通过改变单个蒸汽气泡距竖直固壁和水面的距离,计算了这2类边壁共同作用下的溃灭过程.在溃灭的前期,气泡外形主要受水面边壁影响,呈远离水面向内凹陷的趋势;在溃灭的后期,固壁的影响凸显,凹陷的方向逐渐指向固壁.当气泡离固壁越近,溃灭时间越长;当气泡离水面越近时,溃灭时间越短.对固壁上的压力峰值,气泡距竖直固壁的距离起决定作用.

关键词：流体体积法空化气泡溃灭边壁效应

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水中气泡溃灭的理论与数值研究

水动力学研究与进展（A辑） 2012年第1期27卷 68-73页

作者：张凌新尹琴邵雪明浙江大学力学系流体传动及控制国家重点实验室杭州310027

从理论和数值两个方面研究了单个气泡在自由流场中的溃灭。采用Rayleigh方程推导出一个新的球形气泡演变的解析解。基于流体体积法(VOF),在考虑表面张力、粘度和可压缩性效应的情况下,对单个纯气体泡的运动进行了三维模拟。在第一次溃... 详细信息

从理论和数值两个方面研究了单个气泡在自由流场中的溃灭。采用Rayleigh方程推导出一个新的球形气泡演变的解析解。基于流体体积法(VOF),在考虑表面张力、粘度和可压缩性效应的情况下,对单个纯气体泡的运动进行了三维模拟。在第一次溃灭阶段,气泡体积演变的数值结果与解析解保持一致。数值结果表明气泡体积到达最小值后开始回弹,气泡的形状、速度场和压力场在回弹点附近发生剧烈变化。

关键词：气泡溃灭 Rayleigh方程数值方法 VOF方法

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激光空化气泡溃灭对SAP弹性小球的作用

空气动力学学报 2020年第4期38卷 814-819,I0004页

作者：王舰航尹招琴凃程旭包福兵中国计量大学计量测试工程学院杭州310018

空化气泡溃灭时对附近弹性小球的作用研究具有重要的学术价值和实际意义。采用实验方法研究了超吸水聚合物(SAP)弹性小球附近激光空化气泡的膨胀和溃灭过程,利用扩束-聚焦后的激光在去离子水中产生单个空化气泡,通过精密位移平台精确控... 详细信息

空化气泡溃灭时对附近弹性小球的作用研究具有重要的学术价值和实际意义。采用实验方法研究了超吸水聚合物(SAP)弹性小球附近激光空化气泡的膨胀和溃灭过程,利用扩束-聚焦后的激光在去离子水中产生单个空化气泡,通过精密位移平台精确控制空化气泡发生位置,采用高速相机获取气泡膨胀和溃灭以及弹性小球的动态变形过程,进而基于弹性小球的变形,采用数值方法获得作用在弹性小球上的挤压作用力。研究发现,弹性小球附近空化气泡存在多次膨胀和溃灭现象,其中一次膨胀和溃灭持续时间最长,对弹性小球的挤压和拉扯作用最明显。在气泡膨胀阶段,弹性小球受到膨胀气泡的面挤压所用;在气泡溃灭阶段,弹性小球受到溃灭气泡的点拉扯作用。相关研究结果对于探究超声靶向微泡破坏技术中细胞膜的通透性增加机理等现象有较好的参考作用。

关键词：激光空化气泡溃灭 SAP弹性小球超声靶向微泡破坏技术(UTMD)

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分层流体界面附近气泡溃灭的动力学特性研究

分层流体界面附近气泡溃灭的动力学特性研究

第十一届全国流体力学学术会议

作者：黄泽民包福兵陈韬厚陈界汪钰锟凃程旭中国计量大学计量测试工程学院

气泡的空化现象在日常生活中经常出现,一方面气泡空化会对水力机械等产生严重损害,另一方面也可以利用气泡空化实现特殊目的,例如医学中利用超声靶向微泡破坏技术产生细胞声孔效应从而实现药物的胞内输送,激光壁面强化技术中利用气泡溃... 详细信息

气泡的空化现象在日常生活中经常出现,一方面气泡空化会对水力机械等产生严重损害,另一方面也可以利用气泡空化实现特殊目的,例如医学中利用超声靶向微泡破坏技术产生细胞声孔效应从而实现药物的胞内输送,激光壁面强化技术中利用气泡溃灭时对固体壁面的冲击作用来强化材料的表面性质,超声清洗中利用近壁气泡溃灭时产生的微射流来去除材料表面污物。空化气泡在不同界面附近溃灭时存在不一样的溃灭特性,需要进一步深入研究。本文采用实验方法研究了激光空化气泡在互不相溶的两种流体形成的水平界面附近的溃灭特性。利用高速相机捕捉气泡从初生、发展到溃灭的整体过程,讨论了气泡在溃灭时产生的射流方向、气泡迁移的方向以及气泡溃灭的动力学特性。结果表明,无论气泡在界面上方还是下方溃灭,气泡溃灭时产生的射流均朝向密度大的流体。由于粘性以及密度差的影响,气泡在界面下方溃灭时只有一次溃灭,没有明显的膨胀反弹。气泡在界面上方距离界面较近时,气泡一次溃灭后穿过界面进入下层液体中进行二次溃灭,同时溃灭后周围液体由于回弹及惯性作用,向上运动形成油滴。本文的研究有助于完善近壁气泡动力学理论。

关键词：激光诱导空化气泡溃灭分层流体

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单个蒸汽气泡溃灭过程的边壁效应数值研究

单个蒸汽气泡溃灭过程的边壁效应数值研究

第八届全国流体力学学术会议

作者：张马骏陈鑫上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院工程力学系上海交通大学水动力学教育部重点实验室

气泡溃灭过程的边壁效应研究对分析水下工程设备表面的空蚀现象以及冲击载荷具有重要意义。因此,采用数值模拟的手段,耦合VOF多相流模型和自然空泡模型,通过改变单个蒸汽气泡距竖直固壁和水面的距离,计算了这两类边壁共同作用下的溃灭... 详细信息

气泡溃灭过程的边壁效应研究对分析水下工程设备表面的空蚀现象以及冲击载荷具有重要意义。因此,采用数值模拟的手段,耦合VOF多相流模型和自然空泡模型,通过改变单个蒸汽气泡距竖直固壁和水面的距离,计算了这两类边壁共同作用下的溃灭过程。在溃灭的前期,气泡外形主要受水面边壁影响,呈远离水面向内凹陷的趋势;在溃灭的后期,固壁的影响凸显,凹陷的方向逐渐指向固壁。当气泡离固壁越近,溃灭时间越短;离水面越近,溃灭时间越长。对固壁上的压力峰值,气泡距竖直固壁的距离起决定作用。

关键词： VOF方法空化气泡溃灭

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单个蒸汽气泡溃灭过程的边壁效应研究

单个蒸汽气泡溃灭过程的边壁效应研究

第十三届全国水动力学学术会议暨第二十六届全国水动力学研讨会

作者：张马骏陈鑫鲁传敬曹嘉怡梁盛平上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院工程力学系上海交通大学水动力学教育部重点实验室

气泡溃灭过程的边壁效应研究对分析水下工程设备表面的空蚀现象以及冲击载荷具有重要意义。因此,本研究采用数值模拟的手段,耦合VOF多相流模型和自然空泡模型,通过改变单个蒸汽气泡距竖直固壁和水面的距离,计算了这两类边壁共同作用下... 详细信息

气泡溃灭过程的边壁效应研究对分析水下工程设备表面的空蚀现象以及冲击载荷具有重要意义。因此,本研究采用数值模拟的手段,耦合VOF多相流模型和自然空泡模型,通过改变单个蒸汽气泡距竖直固壁和水面的距离,计算了这两类边壁共同作用下的溃灭过程。在溃灭的前期,气泡外形主要受水面边壁的影响,呈远离水面向内凹陷的趋势;在溃灭的后期,固壁的影响凸显,凹陷的方向逐渐指向固壁。当气泡离固壁越近,溃灭时间越短;离水面越近,溃灭时间越长。对固壁上的压力峰值,气泡距竖直固壁的距离起决定作用。

关键词： VOF方法空化气泡溃灭

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多泡相互作用对气泡溃灭的影响

多泡相互作用对气泡溃灭的影响

第七届全国流体力学学术会议

作者：闻仲卿张凌新邵雪明浙江大学航空航天学院力学系

空化常见于许多涉及液体的设备中。空化具有丰富的、多层次的非稳态特性,如片空化会有规律的低频振荡(脱落),形成云雾状的云空化;而云空化在新的压力环境下会迅速溃灭,导致高频噪声、高压冲击等。目前的研究表明,空化的这类高频特性与... 详细信息

空化常见于许多涉及液体的设备中。空化具有丰富的、多层次的非稳态特性,如片空化会有规律的低频振荡(脱落),形成云雾状的云空化;而云空化在新的压力环境下会迅速溃灭,导致高频噪声、高压冲击等。目前的研究表明,空化的这类高频特性与细观的气泡溃灭特别是泡群的耦合运动有关。对于单泡溃灭,其在自由流场或近壁面的运动特性已研究的比较充分,然而泡-泡耦合作用下的气泡溃灭过程比较复杂,涉及到气泡扭曲变形、局部射流以及压力传递等,其表现出来的整体特性还不十分清楚。本文对多泡流场中的气泡溃灭过程进行了直接数值模拟。气泡界面通过VOF方法进行捕捉,气泡内为可压缩理想气体,气泡的初始运动由气液间的压差驱动。研究着重于关注受周围气泡影响的中心气泡运动规律,研究结果表明:(1)与自由流场中的单泡溃灭相比,多泡中的中心气泡溃灭存在明显的延迟现象。周围气泡的增多或气泡间距的缩小,会增强中心气泡溃灭的延迟效应。延迟效应的产生主要与周围气泡诱导的压力场有关,当周围气泡首先溃灭时,在其溃灭周期内诱导产生了一个较长时间的负压场。(2)另外,多泡中的中心气泡溃灭时产生的高压峰值也远高于单泡溃灭,其中的机制也与周围气泡诱导的压力场有关,在周围气泡溃灭后期,其诱导的是一个正压场,从而增强了中心气泡周围的压差环境,导致中心泡溃灭产生更高的压力峰值。(3)周围气泡诱导的压力场性质主要与其界面运动的加速度有关,在其溃灭前期的一大段时间内,其诱导的是负压场,在其溃灭后期的一小段时间内,其诱导的是正压场。

关键词：直接数值模拟气泡溃灭多泡 VOF

微气泡生长与溃灭对邻近微球影响的数值模拟研究

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应用力学学报 2019年第3期36卷 580-587,758页

作者：闫聪聪崔海航张鸿雁陈力刘雅琳西安建筑科技大学环境与市政工程学院西安710055

球形微马达的气泡自驱动实验揭示了微尺度气泡与邻近微球存在着强烈的相互作用,并驱动微球快速运动,但受限于条件,实验无法给出二者相互作用的关键力学因素。为研究这一问题,将微气泡的生长与溃灭类比于虚拟壁面的膨胀与收缩,采用有限... 详细信息

球形微马达的气泡自驱动实验揭示了微尺度气泡与邻近微球存在着强烈的相互作用,并驱动微球快速运动,但受限于条件,实验无法给出二者相互作用的关键力学因素。为研究这一问题,将微气泡的生长与溃灭类比于虚拟壁面的膨胀与收缩,采用有限元分析法模拟研究了这一瞬态流动。结果表明,微气泡生长与溃灭不具备微尺度流动的可逆性,高速溃灭会使得雷诺数Re显著增大,引入的惯性力驱使邻近微马达产生净位移。这一研究给出了利用气泡动力学打破微尺度游动扇贝定理的新力学机制,并对Janus微马达气泡高效驱动的现象进行了合理解释。

关键词：扇贝定理微马达自驱动气泡溃灭