【摘 要】
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水下气泡的发展演化及气泡动力学行为是气液两相动力学的基础理论与水下射流应用的重要基础。环形喷管/喷口形成的气泡及气体射流具有其不同于圆孔实心射流的特殊表现与规律
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水下气泡的发展演化及气泡动力学行为是气液两相动力学的基础理论与水下射流应用的重要基础。环形喷管/喷口形成的气泡及气体射流具有其不同于圆孔实心射流的特殊表现与规律机制,随着同心筒破水发射等特殊应用的出现,环形喷口气体射流/泡流的基础现象观测和机制分析成为迫切的需求。本文采用实验和数值模拟相结合的方法对水下射流的气泡演化机制开展了研究。基于环形喷管的设计和水下射流条件的分析,自行设计建立了一套环形喷管水箱实验系统。为观测研究气体通过环形喷管气泡生长发展过程,在较低压力、较低流速下,采用高速摄影仪记录气泡生长及发展演化过程。同时基于FLUENT商用CFD软件,采用经典的VOF多相流模型进行环形孔的数值模拟。结合实验数据和数值模拟结果,研究分析了环形喷口气泡形成区制、气泡生长过程形态发展特点、气泡形成时间、气泡体积变化以及流场分布特点。研究表明:在本实验气体流量范围内(50.8L/min~237.3L/min),气泡发展演化过程呈现较为明显的三周期区制,前泡的呈涡结构尾流拖拽影响是环形气泡呈三周期区制的主要原因;不同周期内的气泡形成时间具有较稳定规律,并受到流量影响;气泡生长过程中有较为明显的下沉、回升特征;气泡表面张力、液体惯性与流动的共同作用,造成了典型的气泡顶部坍塌及穿刺状气泡现象;环形喷口压力、速度随流场发展是处于动态变化的,分析表明气泡颈部的收缩断裂和气泡顶部的坍塌是环孔中心端面出现压力峰值的原因。
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