本書詳細介紹了單氣泡動力學(xué)、低溫流體氣化數(shù)值模型以及低溫可視化實驗研究方法，通過與水空化對比，深人闡述了低溫流體球形氣泡的穩(wěn)定性、熱效應(yīng)影響下的動力學(xué)以及熱力學(xué)特性。在數(shù)值方面，闡述了空化模型、湍流模型、近壁面處理方法、密度修正方法以及氣液可壓縮性的數(shù)理模型和離散方法，深人揭示了液氫、液氧和液氮在鈍頭體、三維扭曲水翼等的空化脫落特性及機理。詳細介紹了透明文氏管、水翼以及漸縮漸擴管中液氮空化流的測量方法和技術(shù)。最后給出了兩個專題研究：空化誘導(dǎo)的低溫閥門流致振動機理和超聲誘導(dǎo)的低溫主動空化機理。
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目錄
“能源清潔低碳高效利用叢書”序
自序
前言
第1章 緒論 1
1.1 空化現(xiàn)象 1
1.2 空化分類 3
1.3 空化的影響——以水為例 5
1.4 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 7
1.4.1 空化數(shù)值模型 7
1.4.2 湍流模型發(fā)展 10
1.5 低溫流體空化特性 13
1.5.1 熱效應(yīng)特性 13
1.5.2 熱效應(yīng)影響的理論計算 15
1.5.3 熱效應(yīng)影響的數(shù)值方法 22
1.6 低溫流體空化實驗研究 24
1.6.1 研究現(xiàn)狀 24
1.6.2 受熱效應(yīng)影響的典型空化形態(tài) 28
1.6.3 類穩(wěn)態(tài)空化的熱力學(xué)狀態(tài) 29
1.6.4 熱效應(yīng)對簡單幾何體空化區(qū)特性的影響 29
1.6.5 熱效應(yīng)對全尺寸高速旋轉(zhuǎn)誘導(dǎo)輪空化的影響 31
1.7 存在的問題 32
參考文獻 32
第2章 低溫球形氣泡動力學(xué) 39
2.1 Rayleigh-Plesset方程 39
2.2 無熱效應(yīng)時的氣泡動力學(xué) 41
2.2.1 氣泡動力學(xué) 41
2.2.2 氣泡的穩(wěn)定性 45
2.3 熱效應(yīng)對氣泡生長的影響 49
2.3.1 熱效應(yīng)項的計算. 49
2.3.2 第一臨界時間tc1 52
2.3.3 熱控制氣泡的生長 54
2.4 慣性控制階段及熱效應(yīng)控制階段完整階段求解 56
2.4.1 控制方程及求解方法 56
2.4.2 模型驗證 61
2.4.3 水中氣泡增長連續(xù)過程分析 64
2.4.4 氮氣泡增長連續(xù)過程分析 66
2.5 各向同性氣泡成核過程熱力學(xué)分析 68
2.6 非平衡效應(yīng) 71
2.6.1 氣液界面熱力學(xué)非平衡 71
2.6.2 對流傳熱效應(yīng) 71
2.6.3 非球形擾動 73
參考文獻 77
第3章 低溫流體空化的數(shù)值模型 79
3.1 基于均相平衡流框架和輸運方程的低溫流體空化數(shù)值模型 79
3.2 空化模型 80
3.2.1 完全空化模型 80
3.2.2 動態(tài)空化模型 83
3.2.3 Sauer-Schnerr空化模型 105
3.3 湍流模型的影響 111
3.3.1 大渦模擬 113
3.3.2 濾波模型修正 114
3.3.3 基于密度修正模型 116
3.3.4 邊界修正模型 119
3.4 近壁面網(wǎng)格分辨率及近壁處理方法的影響 121
3.4.1 近壁面網(wǎng)格分辨率的影響 122
3.4.2 近壁處理方法的影響 124
3.5 壓力-速度耦合方程 126
3.5.1 類穩(wěn)態(tài)空化 126
3.5.2 非穩(wěn)態(tài)空化 126
3.6 本章小結(jié) 127
參考文獻 128
第4章 不同幾何體低溫流體空化機理分析 131
4.1 鈍頭體液氫空化 131
4.1.1 部分脫落模式特性和機理 135
4.1.2 完全脫落模式特性和機理 142
4.1.3 完全脫落模式和部分脫落模式之間的轉(zhuǎn)變機理 148
4.2 三維平展水翼液氫空化 150
4.2.1 三維模型建立及驗證 150
4.2.2 空化形態(tài) 153
4.2.3 壓力頻譜分析 154
4.2.4 空化非穩(wěn)定性分析（區(qū)域Ⅰ） 156
4.2.5 空化非穩(wěn)定性分析（區(qū)域Ⅱ） 161
4.3 三維扭曲水翼液氮空化 164
4.3.1 流場的周期性 165
4.3.2 空化區(qū)動態(tài)發(fā)展特性 166
4.3.3 渦旋強度對氣泡脫落的影響 168
4.4 本章小結(jié) 170
4.4.1 鈍頭體液氫空化 170
4.4.2 三維平展水翼液氫空化 171
4.4.3 Twist-11N三維扭曲水翼液氮空化 171
參考文獻 171
第5章 低溫流體空化可視化實驗研究 173
5.1 水平文氏管液氮空化實驗研究 173
5.1.1 實驗臺及測量系統(tǒng) 173
5.1.2 實驗結(jié)果及分析 180
5.2 垂直文氏管液氮空化實驗研究 192
5.2.1 實驗系統(tǒng)及分析方法 193
5.2.2 實驗結(jié)果及分析 198
5.3 水翼表面低溫流體空化可視化實驗研究 211
5.3.1 實驗裝置介紹 211
5.3.2 實驗結(jié)果分析 213
5.4 漸縮漸擴通道的液氮空化實驗研究 219
5.4.1 實驗臺及測量系統(tǒng) 220
5.4.2 實驗結(jié)果及分析 222
5.5 本章小結(jié) 231
5.5.1 文氏管空化 231
5.5.2 空化水翼 232
5.5.3 空化漸縮漸擴管 232
參考文獻 233
第6章 空化誘導(dǎo)的低溫閥門流致振動機理 235
6.1 幾何和數(shù)值模型 236
6.1.1 幾何模型 236
6.1.2 數(shù)值模型 237
6.2 流固耦合數(shù)值計算方法 237
6.2.1 動網(wǎng)格設(shè)置 237
6.2.2 求解方案 238
6.3 閥芯動力學(xué)模型 238
6.3.1 閥芯受力分析 238
6.3.2 閥桿有限元分析 239
6.3.3 閥芯運動程序設(shè)計 239
6.4 結(jié)果與分析 240
6.4.1 閥芯動態(tài)特性分析 240
6.4.2 空化流場分析 242
6.4.3 閥桿剛度的影響分析 248
6.4.4 閥門開度的影響分析 250
6.5 本章小結(jié) 251
參考文獻 251
第7章 超聲誘導(dǎo)的低溫主動空化機理 253
7.1 超聲誘導(dǎo)的低溫流體單氣泡動力學(xué)分析 253
7.1.1 Tait狀態(tài)方程 253
7.1.2 質(zhì)量守恒方程 254
7.1.3 歐拉方程 254
7.1.4 近聲波解 255
7.1.5 基于熱傳導(dǎo)的H-T模型 256
7.1.6 模型驗證及對比 258
7.1.7 計算結(jié)果分析 258
7.2 數(shù)值模擬 261
7.2.1 多相流模型 261
7.2.2 求解方案 261
7.2.3 液氮超聲空化數(shù)值結(jié)果 264
7.3 液氮超聲空化的可視化實驗研究 277
7.3.1 實驗裝置 277
7.3.2 實驗結(jié)果 279
7.4 本章小結(jié) 280
參考文獻 281
附錄1 基于動態(tài)空化模型的自定義函數(shù) 282
附錄2 閥門流致振動雙向耦合CFD分析UDF 285
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