Page 53 - 《应用声学》2022年第4期

第 41 卷 第 4 期 单鸣雷等： 曲面固壁附近空化泡溃灭动力学的流体体积数值研究 551

420 相图。
Ꭺಫ஝=160000
360 将实验结果与仿真结果进行对比，由于实验研
Ꭺಫ஝=200000
Ꭺಫ஝=240000
300 究和数值仿真中空化泡尺寸的差异，其溃灭时间不
v/(mSs -1 ) 240 能直接比较，需要进行归一化处理。比较两图可以
发现空化泡的形态演化过程一致，且归一化后得到
180
120 的无量纲时间相同。空化泡形态演化均为从初始的
60 球状逐渐被压缩成类似椭球形状，可以明显地看出
0 空化泡上下泡壁收缩速度大于左右泡壁收缩速度，
325 330 335 340 345 350
x/(10 -5 m) 左侧泡壁收缩的速度与右侧泡壁收缩的速度相比
∗
图 2 网格无关性验证 较慢。因此，在t = 0.5789时刻，左侧泡壁出现尖端
Fig. 2 Verification of the grid independence 现象，随后继续溃灭。在这过程中空化泡没有出现
1.4 实验验证 类似于近平直固壁溃灭时产生的凹陷或者被射流

为验证数值模拟结果的有效性，本章节将曲面 穿透现象，而是维持一个整体溃灭直至空化泡表面
固壁附近空化泡演化的实验研究与数值仿真结果 完全消失。由于空化泡溃灭形态演变的实验结果与
进行对比，如图 3 所示。图 3(a) 为高压放电致泡实 数值仿真结果的吻合性较好，故进一步验证了数值
验下空化泡近曲面固壁溃灭的形态变化图，图 3(b) 模拟曲面固壁附近空化泡溃灭过程的正确性，为接
为数值模拟仿真得到的空化泡近曲面固壁溃灭的 下来对数值模拟结果的分析奠定基础。

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20 mm ቇӑจ

(a) ॎগԫӑڏ

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⇀
t =0 t =0.2894 t =0.5789 t =0.8683
⇀
(b) ͌ᄾᄱڏ
图 3 空化泡形态演化实验结果图和仿真结果图
Fig. 3 Comparison of cavitation bubble profiles between the experimental results and the simulation results

空化泡初始半径R 0 = 0.2 mm，位置参数λ = 1.4的
2 结果分析 工况下的计算域压力场演化图。
图 4(a)∼ 图 4(d) 为球形空化泡形变为长空化
2.1 压力场、速度场、温度场演化分析 泡的压力场演化图。由于固壁的阻滞效应，空化泡
为了进一步探究空化泡邻近曲面固壁溃灭机 纵向方向受到的挤压大于横向方向受到的挤压，空
理，对曲面固壁附近空化泡溃灭过程中压力场分布 化泡呈现出被左右拉长的状态。受到液体回弹效应
情况进行了分析。图4为曲面固壁半径r = 0.3 mm， 的影响，空化泡右侧形成锥形高压区域。图 4(e)∼