空泡群对空蚀的抑制效应研究

In consideration of the indefinite understanding for the interaction mechanism of cavitation bubbles cloud and the cavitation erosion cavitation mechanism near the wall, this project takes a all-round and systematic study for the evolution and mechanical destruction of the cavitation bubble group near the wall, which adopts the single high-voltage pulse discharge system and high-energy pulsed laser systems to induce the cavitation bubble group, combined high-speed dynamic collecting and analyzing system for synchronous video and monitoring with hydrophone. This study focus on the interaction relationship between the solid wall and bubble group that with different number, sizes, and spatial location. By analyzing the collapsing differences of single-bubble and bubble group near the rigid wall, the critical condition for inhibitory effect that cavitation bubble group to cavitation erosion would be established. From the point of collapsing relationship of single-bubble and cavitation bubble group, this project obtains a complete set of cavitation damage mechanism from the microscopic level, which has greater value in the deepen understanding of cavitation problem.

鉴于空泡群内部各空泡间相互作用机制及近壁面空泡群对壁面空蚀机理的认识较模糊的现状，本项目拟采用高压单脉冲放电系统和高能量脉冲激光系统诱发空泡群，并采用高速动态采集分析系统与空泡溃灭噪声测试系统进行同步拍摄和监测的方法，对近壁面空泡群自身的演变过程及其力学破坏行为进行全方位系统研究，重点研究不同数量、不同大小、不同空间位置组成的空泡群与固体壁面之间的相互作用规律，通过分析近壁面单空泡溃灭特性与近壁面空泡群溃灭规律的差异性，进而获得空泡群对空蚀抑制效应的临界条件。本项目从近壁面单空泡溃灭规律和近壁面空泡群溃灭规律开展研究，从细观层面获得一套完整的空蚀破坏机理研究成果。本项目研究对于加深空化空蚀问题的理论认识具有较大价值。

鉴于空泡群内部各空泡间相互作用机制及近壁面空泡群对壁面空蚀机理的认识较为模糊的现状，本项目采用能量脉冲的方式诱发诱发了不同相位初生的多个空化泡，并采用高速摄影进行了细观层面的观测研究；与此同时，采用高性能的数值求解方案，针对实验难以测量到的多空泡相互作用进行了精细的数值模拟研究。通过细观层面的实验和数值模拟研究，获得了：（1）初生相位相同和初生相位不同情况下的两个空化泡的溃灭过程，揭示了初生相位变化条件下两个空化泡的溃灭方向规律，即：若两空化泡初生时刻不同步，则较早初生的空化泡将背向较晚初生的空化泡溃灭；若两空化泡同步初生，则两者相向溃灭。（2）多个同步初生空化泡的相互作用过程，揭示了多空泡相互作用下的溃灭矢量合成机制，即：每一个空化泡的溃灭方向和溃灭形态明显受到它和邻近空化泡的尺寸以及二者间距的影响；空化泡半径越大或间距越小则相互作用越强，每一个空化泡的溃灭速度矢量是它与邻近空化泡单独作用时溃灭速度矢量的合成，邻近空化泡的溃灭速度指向一点或一小块区域（“溃聚区”）。（3）通过针对不同数量组成的空泡群内部各空泡相互作用的精细数值模拟研究发现：空泡群内部各空泡在膨胀阶段，空泡间介质呈现出高压状态，在溃灭阶段由于液体介质填充由于空泡收缩所释放的空间，导致空泡间介质呈现出低压状态，由此形成“聚溃区”，由此揭示出了空泡群内部各空泡相互抑制的作用机制。本项目所揭示的空泡群内部各空泡间的相互作用机制对于空蚀的利用或防控技术有着重要的参考价值。.本项目完成3册研究进展报告（2册为年度进展报告，1册研究总报告）。已发表论文4篇（均已标注，其中SCI论文4篇），已投稿论文2篇。结合本项目培养研究生2人，另有两人在读。