汽液黏滯系數對空化泡潰滅過程影響的數值模擬

袁曉龍，何小瀧,汪凱迪

(1.雅礱江流域水電開發有限公司，四川 成都 610051；2.交通運輸部天津水運工程科學研究所工程泥沙交通運輸行業重點實驗室，天津 300456；3.中國三峽建設管理有限公司，四川 成都 610023)

空蝕空化廣泛存在于水利、航海、液壓系統、人類體液循環系統這一系列工業與自然現象中[1-3]。空化泡潰滅過程中，由于空化泡內部壓力與周邊液體壓力之間的壓差劇烈變化，泡內汽體與泡外液體之間迅速轉化，因此，空化泡的潰滅過程是帶有復雜傳熱傳質相變過程的流體力學問題。前人研究表明空化泡潰滅過程中產生的高溫、微射流和沖擊波的共同作用是空蝕破壞的主要原因。

常用的空化泡潰滅的研究方法有理論分析、試驗研究和數值模擬。理論分析通常需要對問題作出許多簡化，如Plesset等[4]采用Raleigh方程模擬空化泡潰滅時作出了以下假設：忽略表面張力、液體可壓縮性、液體黏滯性等，這樣的假設導致理論分析并不能直接用于實際的空化泡潰滅的研究中。而試驗受限于測量技術，難以獲得空化泡周邊的速度和壓力變化過程。隨著計算機技術的快速發展，計算流體力學因其結果可以有效展示流場的演化過程，逐漸成為研究流體運動的重要手段。與試驗研究相比，數值模擬可以有效地展示出空化泡在潰滅過程中微射流的形成。傳統的空化泡潰滅研究的數值模擬方法主要分為基于Navier-Stokes方程和非理想流體狀態方程的可壓縮空化模型、基于Navier-Stokes方程和傳質方程的不可壓空化模型及可以模擬多空泡群的離散汽泡法。……