Page 58 - 《应用声学》2022年第4期

556 2022 年 7 月

从图 10中可以看出，固壁温度在空化泡溃灭前 由图11可知，曲面固壁温度峰值随着曲面固壁
期基本保持不变，空化泡溃灭末期，固壁温度急剧上 半径与空化泡初始半径比值的增大而增大，且曲面
升，在溃灭时刻达到温度最大值，随后固壁温度迅速 固壁半径与空化泡初始半径的比值越大，固壁温度
下降。这是因为溃灭前期流场温度变化较小，对固 到达峰值所需的时间越长。固壁与空化泡间的距离
壁温度产生的影响几乎可以忽略不计。随着空化泡 相同时，曲面固壁的尺寸越大，空化泡轴上的射流速
溃灭时刻的到来，空化泡内的高温在溃灭瞬间向外 度越快，其温度到达固壁面时越高。而曲面固壁半
迅速扩散，且溃灭瞬间对壁面产生高压冲击，会对空 径越大，空化泡溃灭时间越长，热量到达固壁所需的
化泡附近的固壁面造成较大的影响。固壁面在短暂 时间越长。泡内压强越大，泡内外压差越小，空化泡
的高温冲击之后，被周围流体迅速冷却，使温度急剧 溃灭的时间越长，导致曲面固壁上温度到达最大值
下降。当位置参数相同时，曲面固壁上距离空化泡 所需的时间越久，壁面温度峰值越小。
越近的点，其温度峰值越大，空化泡的溃灭对其温度
造成的影响越大。比较不同位置参数下壁面温度变 3 结论
化可得，位置参数越大，曲面固壁上温度峰值越小，
即空化泡与曲面固壁间的距离越远，空化泡溃灭时 本文采用 VOF 方法对空化泡邻近曲面固壁溃
刻到达固壁上的温度峰值越小，空化泡溃灭对固壁 灭的热动力学行为进行研究，将曲面固壁附近高压
造成的高温损伤越小。 放电致泡实验结果与数值仿真结果进行对比，从压
由于曲面固壁上 C 点受空化泡溃灭的影响最 力场、速度场、温度场、空化泡溃灭时间、空化泡轴
大，本文讨论了相同位置参数下曲面固壁右侧 C 点 上射流速度等方面分析不同物理参数对空化泡溃
的温度变化情况，如图 11 所示。图中横轴表示空化 灭过程的影响。实验所得结果与数值模拟所得空化
泡溃灭时间，纵轴表示固壁上的温度值。 泡溃灭形态变化相同，验证了数值模拟空化泡邻近
550 曲面固壁溃灭过程的正确性。通过改变曲面固壁尺
r⊳R  =0.5
r⊳R  =1.0 寸与空化泡初始半径的比值及空化泡与曲面固壁
500
r⊳R =1.5
间的距离可以发现，空化泡溃灭时间随着位置参数
450 的增大而减小，曲面固壁半径较小时可以加速空化
T/K
400 泡的溃灭。空化泡轴上射流速度的峰值随位置参数
的增大而减小，而曲面固壁半径与空化泡初始半径
350
的比值越大，射流速度的峰值越大。
300
640 650 660 670 680 690 700 710 720 空化泡溃灭时产生的高温在压力和流体速度
t/(10 -8 s)
的影响下，热量沿着射流方向转移到壁面上。位置参
550
p v =101325 Pa 数越大，壁面温度越小，壁面上距离空化泡越近的点，
p v =151325 Pa
500 空化泡溃灭时对其温度造成的影响越大。曲面固壁
p v =201325 Pa
的尺寸越大，固壁上温度峰值越大，到达温度峰值所
450
T/K 需的时间越长。固壁上的温度峰值随着泡内压强的
400
增大而降低，泡内压强增大，空化泡溃灭的时间变长，
随之带来曲面固壁温度到达峰值所需的时间变长。
350
本文对空化泡近曲面固壁溃灭的热动力学研
300
650 660 670 680 690 700 710 720 究，有利于人们深入了解空化泡近壁溃灭机理，并对
t/(10 -8 s)
工程中不同形状固壁附近空化效应的认知提供一
图 11 不同曲面固壁半径及泡内外压差下曲面固壁温度
些帮助。同时揭示了空化泡近壁溃灭的高温影响，
的变化
对工程实际中空化在材料表面的应用或规避具有
Fig. 11 The change of the temperature of curved wall
重要作用，为未来研究复杂几何固壁附近空化效应
under different curved wall radius and pressure differ-
ence between inside and outside the bubble 提供参考。