用格子Boltzmann方法数值模拟三维空化现象-物理学报.PDFVIP

第 卷 第 期 年 月 物 理 学 报 +, !* *--/ !* ， ， ， Q7% 1+, P7 1 !* R5E5’S5T *--/ （ ） !30*/-J*--/J+, !* J,:-3-/ K4LK MNO(#4K (#P#4K $*--/ 4)?2 1 M)U$ 1 (7E 1 用格子!#$%’(( 方法数值模拟三维空化现象! ） ） ） ） 张新明! 周超英! #$%’ ()’$! 刘家琦* !）（哈尔滨工业大学深圳研究生院，深圳 +!,-++ ） * ）（哈尔滨工业大学数学系，哈尔滨 !+!） （ 年 月 日收到； 年 月 日收到修改稿） *--, !* !. *--/ 0 !0 空化是一种微观、瞬时、随机、多相的复杂现象，其过程中所产生的极端条件以及伴随的一系列空化效应，将对 液流系统产生破坏性和建设性两方面的作用 采用基于 模型的单组分多相流格子 方法对水体 1 ()234)52 67%89’22 中的三维空化现象进行了数值模拟，研究了低压下水体中气核半径与空化现象的相互关系，成功再现了低压下水 体中微小气核发展成气泡的过程，并进一步研究了水体依次流经低压区、高压区时空化产生、发展、溃灭的全过程1 数值模拟结果和理论预测结果符合良好1 关键词：单组分多相流，格子67%89’22 方法，三维空化 ： ， )*++ :.++; :.-= 的气泡1 由于液体汽化和溶解气体的游离是向着作 !F 引 言 为核的空泡内进行的，结果就形成充满着空气和蒸 汽的气泡 当这些气泡随液流进入高压区时，蒸汽 1 人们企图避免和缓解空化带来的危害，但空化 高速凝结和气泡溃灭，流体质点便向空腔中心高速 泡在溃灭瞬时产生高温、高压，并伴随有一系列机械 冲动，产生强烈的冲击，结果使瞬时的局部压力和 效应、热效应、化学效应和光效应1 利用该过程释放 局部温度急剧上升，这种现象被称为空化效应（或 的能量和产生的特殊环境可以实现对特定物理、化 气蚀）1 学过程的强化，达到节能、增效、减少污染的效果，可 水体中气泡的形成需要克服能障的影响，新生 广泛应用于众多工业领域，如清洗、制浆、材料切 成气泡的表面能和负压对气泡做的功构成了生成气 ［］ 割、岩石粉碎、油井解堵、材料的超细粉碎、有机污染 泡所需要的能量* 物降解、促进化学反应等，具有广泛的经济效益和社 * :0 ， （） ! G : H #