[發明專利]一種游移泡空化穩定產生裝置及設計方法

在審

• 申請號: 202111399666.5
• 申請日: 2021-11-19
• 公開（公告）號: CN114117960A
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發明（設計）人: 錢忠東;李澤昊
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 羅敏清

本發明提供一種游移泡空化穩定產生裝置及設計方法，屬于空化實驗領域，其包括:管體，管體內設有流動通道；該流動通道包括沿流動方向依次平滑連接的收縮段、喉部段、過渡段和擴散段，流動通道橫截面均為方形或者圓形；流動通道中心位于一條直線上，即中軸線；喉部段各處的橫截面為定值，收縮段、過渡段及擴散段橫截面面積沿流動方向是變化的，其變化規律由上述各段的控制線決定。通過設計流動通道各段的控制線，控制裝置內部低壓區的近壁面流態，防止了低壓區內壁面附近的流動分離，阻止了內壁面附著空化的產生，從而避免了附著空化對產生游移泡空化的干擾，進而解決了現有空化產生技術中不能穩定產生游移泡空化的問題。

技術領域

本發明涉及空化實驗領域，尤其是涉及一種游移泡空化穩定產生裝置及設計方法。

背景技術

當液體局部承受低壓作用或者拉應力作用時，可能會產生液-氣相變，這種相變即為空化。由液體的流動導致局部低壓或者拉應力產生的空化稱之為動力學空化。游移泡空化是一種較為特殊的動力學空化形式，其通常以多個隨液體運動的近球形空泡的形式出現。游移泡空化在水力機械及水下裝備中廣泛存在，是本領域的研究熱點之一。游移泡空化和通常的動力學空化不同，有著以下特點：第一，能夠直接反映液體中的空化核群性質；第二，結構簡單，相關參數易于測量，便于研究空化與流場、流道壁面以及流場中其他雜質的復雜相互作用。

然而，在實驗研究中穩定產生游移泡空化卻非常困難。當游移泡空化產生時，附著在壁面附近的片狀或云狀空化通常會伴隨產生并且附著在壁面上不斷發展，占據流道空間，嚴重改變流道內的壓力及速度分布，從而破壞游移泡空化的產生條件，阻礙游移泡空化的進一步產生。鑒于此，過去的實驗方法多采用激光、電火花來產生結構與游移泡空化類似的近球形空泡，然而，該類方法引入了外部能量，不能反映液體的空化核群性質，并且空泡生長的速度一般而言遠高于動力學形成的空泡，不能完全反映自然空泡的生長規律。并且，游移泡空化在空化研究領域有著不可替代的作用，而如何穩定產生游移泡空化則是本領域技術人員亟需解決的技術難題。

因此，實有必要設計一種游移泡空化穩定產生裝置，以解決上述問題。

發明內容

為了避免上述問題，提供了一種游移泡空化穩定產生裝置，通過控制流動通道低壓區近壁面流態，阻止了流道壁面附著的片狀或云狀空化的產生，從而保證了游移泡空化的穩定產生。

本發明提供的一種游移泡空化穩定產生裝置，包括：管體，管體內設有流動通道；該流動通道包括沿流動方向依次平滑連接的收縮段、喉部段、過渡段和擴散段，任意兩段連接處的橫截面的形狀和面積均相同，流動通道橫截面均為方形或者圓形；流動通道中心位于一條直線上，即中軸線；

喉部段各處的橫截面為定值，收縮段、過渡段及擴散段橫截面面積沿流動方向是變化的，其變化規律由上述各段的控制線決定；若流動通道橫截面為方形，控制線為流動通道各處橫截面的同側對角點相連的平面曲線，若流動通道橫截面為圓形，控制線為經過中軸線的平面與流動通道邊緣相交的曲線；

其中，收縮段的控制線滿足如下方程：

式中，

Y為收縮段某一橫截面上的控制線與中軸線的距離；

Y₁為收縮段首端橫截面上的控制線與的距離；

Y₂為收縮段末端橫截面上控制線與中軸線的距離；

X為收縮段某一橫截面與收縮段首端橫截面的距離；

X_m取值范圍為0.2-0.8；

L為收縮段長度；

n為3-7的整數。

優選地，X_m取值范圍為0.4-0.6。