有限深度液体中气泡破碎的参数影响-西安交通大学教师个人主页.PDFVIP

第27卷第l期(增刊) 核动力工程 Vbl．27．No．1(S1) 2 0 0 6 年2月 NuclearPOwer Feb． 2 0 0 6 Engineering 文章编号：0258-0926(2006)叭(S1)-0086·06 有限深度液体中气泡破碎的参数影响 徐城杰1，白博峰1，王先元2，刘鸿运2 (1．西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室，7l0049；2．核动力运行研究所，武汉，430074) 摘要：在改进气泡破碎数理模型的基础上，研究了流体粘性力、气泡壁初始速度、有限液面高度、液面 压力、液体密度等因素对气泡破碎的影响规律。数值计算结果表明．气泡临界破碎条件与这些因素密切相关。 随着液体深度的增大，气泡更容易破碎，当液体深度大于气泡半径的100倍时，液体深度对气泡破碎临界条 件几乎无影响，此时可以近似认为气泡位于无穷深液体中；当气泡壁初始速度为O州s时，气泡不容易破碎； 气泡具有初始收缩的速度时．气泡最容易破碎；随着气泡壁初始速度的绝对值、液体表面压强和液体密度的 增大，气泡也更容易破碎。 关键词：气泡；破碎；气泡动能；物理模型 中图分类号：TKl23文献标识码：A 1 引 言 泡破碎的条件，并提出了气泡破碎和粘性衰减两 气泡破碎及其热动力学、物理化学是声致发 种行为。该模型忽略了气泡周围静压以及表面张 光、声致聚变、声化学等当前国际学术研究热点 力的影响，认为气泡的破碎是由于初始条件所引 的基本科学问题之一。对气泡破碎条件的研究以 起的。 91 本文对有限深度的牛顿粘性流体中的气泡， 理论方法为主。l 7年L．Raylei曲爵士用分析方 法解决了非粘性流体中的气泡动力学问题，提出 提出了一种改进的气泡破碎模型，该模型理论构 建了液面深度、气泡壁初始速度、环境压力、液 了著名的Raylei曲方程【11。之后，Plesset发展了这 个方程，提出了描述粘性流体中球形气泡微分形 体密度等因素对气泡破碎的影响。通过数值模拟 研究，分析了这些因素对有限液体深度中气泡破 式的R-P方程12J。这个方程联系着不可压缩液体中 空泡内、外压强与表面张力、气泡壁运动与粘性 碎的影响规律。研究结果对深入理解气泡破碎的 间的关系。在质量不变和绝热的假定下，忽略表 动力学规律有一定的学术价值。 面张力和粘性力的影响，R-P方程可转化为 2有限深度液体中气泡运动模型 Raylei曲方程。R-P方程被广泛用于各种复杂问 题，如固体边界的气穴现象，不对称气泡的破碎 2．1基本假设 和声致发光现象等。RP方程的主要缺点是：在气 (1)研究对象为液体中自由上升的气泡，液体 泡破碎时气泡壁的运动速度趋向无穷大，用计算 看作是不可压缩牛顿粘性流体，且物性不变。 机模拟气泡运动需要很长的时间，并且可能在数 (2)假设气泡无平移运动，匀速上升，不考虑 值解中导致明显的错误，尤其是气泡达到超音速 惯性力。 时误差更大。 (3)忽略气泡运动过程中的内部传热传质的 V 影响。 A．BogoyaVleIlSkiy川在无穷大牛顿粘性 流体的假设的前提下，从流体力学基本方程出发， (4)假设气泡是球形的。 建立了粘性流体中由于气泡壁初始运动所引起气 收稿日期：2006．11．ol；