表面活性剂减阻剂对超空化两相流的影响机理

The occurrence of cavitation is harmful in most situations. Using the motto "If you can't prevent it, use it", cavitation phenomenon can however be utilized to realize some particular functions, such as supercavitating flow of under-water projectiles, desalination technique using supercavitation, hydrofoil drag reduction by partial drag reduction, cleaning technique by cavitation, etc. On the basis of several typical characteristics that surfactant drag reducer has, an innovative idea using additives to accomplish the control of supercavitating two-phase flows has been proposed presently. This project is to study the influencing mechanisms of additives on the supercavitating two-phase flows. Specifically, the research contents include three aspects: (1) Experimentally and numerically investigating the influencing mechanisms of turbulent drag-reducing effect and surface tension of surfactant drag reducer solution on the water-entry supercavitating flow; (2) Experimentally investigating the accomplishment approaches of drag-reducer injection and ventilation together to a under-water projectile and numerically studying the influencing mechanisms of turbulent drag-reducing effect and surface tension on the flow characteristics of ventilating supercavitation; (3) Experimentally and numerically investigating the influencing mechanisms of injection of surfactant solution on the performance of supercavitating evaporator. This project aims at exploring novel techniques for the control of supercavitating two-phase flows by means of injectioin of surfactant drag reducer. The research achievement is bound to be of great values from the academic, industrial application and military application viewpoints.

空化现象在多数场合是有害的。在格言"如果无法避免，那就利用起来"的思想指导下，空化现象可被用来实现独特的功能，如水下航行体超空泡流动、超空化海水淡化技术、局部空化水翼减阻、空化清洗技术等。根据表面活性剂减阻剂所具有的几方面独特性质，本项目提出了利用添加剂进行超空化气液两相流控制的创新性思想，主要研究添加剂对超空化气液两相流的影响机理。具体研究内容包括三个方面：（1）实验和数值模拟研究表面活性剂减阻剂溶液湍流减阻效应及液体表面张力对入水超空泡流动特性的影响机理；（2）实验研究水下航行体减阻剂注入及通气同时实施的实现方法，数值模拟研究湍流减阻效应及表面张力对通气超空泡流动特性的影响机理；（3）实验和数值模拟研究表面活性剂溶液注入对超空化蒸发器性能的影响机理。本项目旨在探索应用表面活性剂减阻剂注射的超空化两相流动控制新技术，研究结果具有重要的学术、工业应用和军事应用价值。

空化现象在多数场合是有害的，但加以有效利用，在水下航行体减阻、海水淡化或污水净化等方面能产生独特功效。本项目创新性地提出利用具有湍流减阻特性同时可降低水的表面张力的表面活性剂添加剂来促进超空化现象发生的思想，具体研究内容包括：（1）流体物性对超空泡流动的影响机理；（2）表面活性剂对高速入水超空泡流动影响特性；（3）减阻剂溶液中通气超空泡及水中通气/通减阻剂溶液超空泡特性（4）表面活性剂注入对超空化蒸发器工作特性的影响。.在本项目执行过程中，系统研究了减阻剂溶液流变学物性参数及表面张力对自然超空泡、入水超空泡和通气超空泡特性的影响规律；揭示了高速入水超空泡与低速入水超空泡形态特性及与经典超空泡形态预测理论结果之间有所差异的内在机理，以及物性参数变化对高速入水超空泡特性的影响规律；研究了减阻剂溶液注入后，水下航行体在物性局部不均匀流体中所产生超空泡的流动特性，以及不同的溶液注入方法、注入角度、注入流量等因素对超空泡流动特性的影响规律；首次实现了水下航行体通气/通溶液超空泡流动，获得了减阻剂溶液注入对超空泡流动的明显促进效果；系统研究了旋转超空泡空化器叶片几何参数、流体物性、流体温度对超空泡特性的影响规律；建成了第一代旋转超空化蒸发器实验系统，并通过实验获得了用于海水淡化的超空化蒸发器的工作特性；通过优化设计，已建成第二代旋转超空化蒸发器实验系统。.在本国家自然科学基金项目的资助下，出版中文专著1部，发表学术论文33篇，其中SCI检索论文20篇、EI检索论文8 篇（不包括SCI、EI双检索）；获实用新型专利授权 1 项；获得黑龙江省科技奖（自然类）一等奖1项；参加国际学术会议7人次、国内相关学术会议5人次，聘请国外专家来华交流讲学5人次，受邀赴国外大学进行交流讲学4人次；培养博士生 4 名（其中已毕业并获得博士学位 3 名，另外1 名为在读博士生）、硕士生 4 名（均已获得硕士学位）。