光击穿液体空泡特性的高速图像测量

为了分析激光击穿液体介质过程中的等离子体闪光、空泡脉动、冲击波辐射、空泡溃灭发光等综合效应,将高速摄影技术应用于液体激光击穿研究.采用高功率激光聚焦击穿水、酒精、甘油、硅油等粘性液体,观测到了激光击穿形成的等离子体闪光、空泡脉动及溃灭、空泡溃灭发光及冲击波辐射.通过对激光空泡图像序列的分析,得到了不同液体介质中激光空泡的脉动特征、冲击波辐射等特性.研究结果可为水下激光加工、激光医疗、空化空蚀、能源相关流体力学的研究提供一定的理论和实验支持.     

激光空泡溃灭及其产生的声波

强激光脉冲在水中的自聚焦传输、成丝、击穿及击穿后产生的声波,近年来成为强激光脉冲传输应用研究领域的一个热点。强激光脉冲电离产生的空泡在溃灭过程中,对周围水体产生压缩,从而在水下产生声波。在现有理论基础上,考虑空泡含气量、水的粘滞系数和水的表面张力系数对空泡运动及其产生声波的影响。给出双空泡运动方程,分析空泡间距对空泡溃灭和其产生声压关系。根据实际情况,计算不同温度情况下单空泡和双空泡运动过程及其产生的声压,并进行相互比较。计算结果表明: 水温越高,空泡运动时达到的最小半径越小,空泡振荡周期和溃灭时间延长,产生声压越高。随双空泡间距减小,空泡溃灭时达到的最小半径线性减小,而其产生的最大声压则单调增大。     

激光空泡在文丘里管中运动的动力学特性

以水为工作介质,在不同文丘里管入口压力下,利用YAG激光器产生的激光轰击水中的金属靶材产生空泡,借助高速摄像系统记录激光空泡在文丘里管中的运动过程,并采用流体动力学模拟对文丘里管中的流场特性和空泡的溃灭特性进行分析.结果表明:激光空泡在文丘里管中的运动,其形状变化可分为产生阶段、挤压阶段、溃灭初始阶段和溃灭阶段等四个阶段.空泡的溃灭取决于流场状态,当流动为层流时,空泡不发生溃灭;当流动为湍流时,空泡发生溃灭,且湍流程度越剧烈,溃灭现象越显著.搭建的激光空泡生成与运动系统能够实现空泡的定点溃灭.     

激光空泡在近自由液面运动特性的实验研究

采用激光技术聚焦击穿液体产生空泡,利用高速摄像系统开展激光空泡与自由液面的相互作用的实验研究。实验研究发现,空泡与自由液面之间的无量纲距离对水下空泡的脉动特性和自由液面的水冢现象存在影响。通过大量实验总结了无量纲距离与空泡半径、空泡脉动周期、自由液面水柱的最大高度和产生水冢时间的相互关系。实验表明无量纲距离越小,空泡脉动周期越短,自由面的水冢现象越明显。同时统计出了在不同无量纲距离范围内所出现的5种不同水冢现象的规律。研究内容为空泡与自由液面相互作用的理论提供了实验依据。     

子通道内空泡份额的实验研究

本文以低压空气－水为介质，对子通道内的空泡份额分布进行了实验研究，使用电导探针测量系统测定了子通道内的空泡份额分布。通过实验数据的整理，得到了截面平均空泡份额，并将实验结果与已有的计算截面平均空泡份额的方法进行了比较，在此基础上，讨论了子通道内截面平均空泡份额的计算方法。     

圆柱体低速入水空泡试验研究

针对入水空泡生成机理和发展过程, 以及影响入水空泡发展的复杂因素等开展入水试验研究. 通过垂直和倾斜两种方式入水试验研究, 分析了入水过程中的一系列流动现象, 以及空泡的生成、 发展和闭合, 同时通过对比试验结果得出了空泡闭合方式与入水速度之间的关系; 在此基础之上开展了多弹体入水试验, 分析了串列和并列入水时空泡的生成和相互之间的影响, 以及对运动体本身稳定性的影响.     

基于高速摄像实验的开放腔体圆柱壳入水空泡流动研究

基于高速摄像方法,针对入水空泡流动特征和机理,进行了开放腔体圆柱壳垂直入水实验研究.通过对实验现象的观测,发现开放腔体圆柱壳入水运动会形成波动流动和云化流动两种流动方式,结合影像数据,分别描述了两种流动状态下的空泡形态特征,并获得了空泡波动参数的变化规律;对比不同入水速度实验,分析了入水速度对入水空泡流动方式和流动参数的影响;依据流体力学基本理论,分析了入水空泡波动和云化现象的形成机理.结果表明:随入水速度增加,入水空泡依次呈现波动和云化两种流动状态,波动频率与入水速度无关,闭合发生时间随入水速度增加而减小,与Froude数呈线性关系;入水导致开放空腔内部气体涨缩,引起开放端压力场和速度场周期性扰动,空泡截面扩展程度出现差异,形成空泡波动现象;空泡闭合后尾部形成回射流,回射流触及空泡壁面引起壁面流动转捩,形成空泡云化现象.     

基于势流理论的回转体并联入水双空泡演化动力学研究

两回转体并联入水过程中,双空泡在空间上相互干扰,使得单个入水空泡呈现非对称特性.本文基于势流理论,在现有二维轴对称入水空泡计算模型的基础上,对空泡干涉区域的三维流动进行简化,将相对流动对空泡发展的约束简化为约束势,分析了两回转体轴线内外两侧的空泡形态变化;基于非线性假设,引入影响函数,给出了空泡在三维空间演化的计算模型,并分析了同步并联入水过程空泡的三维演化特性.结果表明：回转体入水过程流场速度势可以看作由一个随回转体运动的点源和位于空泡轴线处的线源叠加产生;在并联入水过程中,双空泡演化在空间呈镜面对称,空泡间的相互扰动可以通过引入有势壁面进行分析;并联入水空泡半径随极角的变化与空泡截面所处深度有关,在靠近闭合点附近的抑制演化区空泡截面半径随极角的增大而逐渐减小,远离闭合点处的抑制演化区空泡截面半径随极角的增大而增大,空泡加权半径规律相反.     

诱导轮泵的汽蚀特性和内部流场的研究

对二个叶片的平板螺旋形诱导轮泵的汽蚀性能，叶轮内的空泡发展和内部流动进行了测试。发现随着吸入压力的降低，二个叶片上原来同样发展的空泡之间有时会失去平衡，出现一个叶片的空泡激剧缩小，而另一个叶片的空泡随之增大这种交错叶片空泡的现象。这种现象有时会使诱导轮的理论扬程和实际扬程急速下降。利用上述测试结果对该现象引起杨程下降的机理作了探讨。     

单纤光纤探针测量空泡份额的实验研究

1前言气（汽）液两相流广泛应用于工业过程中。空泡份额是气（汽）液两相流的重要参数，它与流场、压力、热流密度和流型等密切相关。由于目前的理论计算模型还有较大的局限性，因此实验测量是研究气（汽）液两相流空泡份额的最主要的研究手段。经过近几十年的研究，各国学者开发出了许多有价值的空泡份额测量方法，其中包括平均空泡份额测量方法和局部空泡份额测量方法，这些测量方法本身各有各的局限性和一定的针对性。本文研究水平管束间汽液两相流流动和沸腾传热特性，流道中加热管柬的存在对流体流动产生强烈的影响，使管束间汽液两相…     

气泡在横流中的生长与脱离特性实验研究

为了系统研究气泡在横流中的运动学特性,利用水循环回路形成横流,采用高速数码摄像技术和图像处理方法对横流中气泡的演化过程进行描述。通过调节横流的平均流速和气体流量,获得了6种横流中的气泡形态,即单气泡、颈状泡、条带泡、泡囊、离散泡和雾状泡;解释了各类气泡形态的特征,对气泡尺寸及分布进行了统计,对气泡在横流中的发展过程进行了描述,发现气泡形态及气泡尺寸与横流速度密切相关,并受气体流量的影响,其中颈状泡和条带泡对横流流速的变化最为敏感。     

含气量对空泡脉动特性影响的理论研究

分析了含气量对粘性液体中球形单空泡脉动特性的影响。研究结果表明：随着泡内初始含气量的增加,空泡达到最大泡半径的时间延长;空泡膨胀的最大泡半径、收缩的最小泡半径和脉动周期均随初始含气量的增加而增加;同时,空泡膨胀和溃灭时泡壁的运动速度均随空泡初始含气量的变化而变化。无论含气量如何,在空泡收缩到最小泡半径附近,泡壁运动速度（收缩或膨胀）要明显快于其在最大泡半径附近;此外,受液体粘性影响,空泡膨胀和收缩过程明显变缓。     

Conical bubble photoluminescence from rhodamine 6G in 1, 2-propanediol

A modified U-tube conical bubble sonoluminescence device is used to study the conical bubble photoluminescence. The spectra of conical bubble sonoluminescence at different concentrations of rhodamine 6G (Rh6G) solution in 1,2-propanediol have been measured. Results show that the sonoluminescence from the conical bubbles can directly excite Rh6G, which in turn can fluoresce. The light emission of this kind is referred to as conical bubble photoluminescence. The maximum of fluorescence spectral line intensity in the conical bubble photoluminescence has a red shift in relative to that of the standard photo-excited fluorescence, which is due to the higher self-absorption of Rh6G, and the spectral line of conical bubble photoluminescence is broadened in width compared with that of photo-excited fluorescence.     

含气量对液体中空泡声波频谱特性的影响

通过压电陶瓷（PZT）水听器获取了液体中激光空泡脉动辐射的声波,并计算了激光空泡在第1次脉动过程中泡内的含气量,结合空泡含气量对空泡最大半径及脉动周期影响的分析,进而分析了含气量对空泡声波频谱特性的影响。分析结果表明:激光空泡第1次脉动过程中泡内的含气量随着作用激光能量的增加而增加,含气量的多少将直接影响空泡运动的剧烈程度;含气量越多,空泡脉动越缓慢,脉动周期越长,空泡脉动辐射声波的峰值频率有向低频移动的趋势。     

气泡浓度对海洋激光雷达后向散射特性的影响

对不同浓度气泡幕水下激光雷达的后向散射特性进行了理论分析和实验研究。实验结果表明：由于水中气泡群后向散射的原因,在水下激光雷达整体后向散射信号的回波曲线上,除了水体后向散射导致的信号峰以外,还出现因气泡散射而导致的散射峰,该散射峰叠加在水体的后向散射信号峰上,其位置与水中气泡幕的位置直接相关,而其幅值则受气泡幕的浓度影响。随着气泡幕浓度的增大,其后向散射峰幅值相应增大,这一点与理论分析结果一致,而回波峰值的变化趋势则主要受水体质量的影响。     

含气量对黏性液体中空泡脉动特性的影响

采用自行研制的高灵敏度光偏转测试系统,研究黏性液体中激光空泡脉动特性.判定了空泡两次脉动对应的最大和最小泡半径,进而计算了激光空泡在前两次脉动过程中泡内的含气量.研究表明：泡内含气量对泡脉动特性有较大影响.随着脉动次数的增加,空泡泡内含气量增大.空泡最大泡半径随含气量的增加而增大.此外,受液体黏性影响,空泡膨胀和收缩过程明显变缓. 关键词： 含气量 黏性 激光空泡 脉动特性     

Translation of cavitation bubble near the different walls

The interaction between spherical cavitation bubble and flat wall is transformed into that between the real bubble and imaging bubble by the method of images. Firstly, we investigate the dynamics of real bubble and matched, inversed or mis-matched imaging bubble driven by a small amplitude ultrasound, revealing the characteristics of the interaction between cavitation bubble and rigid, soft and impedance walls. Then, we emphatically study the dynamics of real bubble and mis-matched imaging bubble driven by a finite amplitude ultrasound, and the interaction characteristics between cavitation bubble and real impedance wall are revealed. The results show that the cavitation bubble is always close to the rigid wall and far away from the soft wall; For the impedance wall, whether the cavitation bubble is far away or close depends on the specific wall parameters. Moreover, the direction and magnitude of bubble's translation velocity can be changed by adjusting the driving parameters. Understanding the interaction between cavitation bubble and impedance wall is of great significance for efficient application of ultrasonic cavitation.     

非球形水下爆炸气泡坍塌机制

 为研究非球形水下爆炸气泡的坍塌机制和射流特性,采用水下爆炸实验和数值模拟相结合的手段,研究了典型的柱形装药自由场水下爆炸气泡的运动过程。实验结果与数值模拟结果符合较好,通过对比发现,非球形水下爆炸气泡坍塌所形成的射流与球形气泡坍塌射流的行为存在差异。研究结果表明：非球形气泡的坍塌过程与气泡初始形态的局部曲率半径有关,初始气泡表面曲率半径大的区域的初始膨胀速度较曲率半径小的区域的小,坍塌时刻也较早,导致气泡产生非球形坍塌。     

气泡室中"胚胎"气泡成长为可见气泡的模型建立及初步的理论计算

建立了气泡室中“胚胎”气泡成长为可见气泡模型.初步计算表明,“胚胎”气泡在成长为可见气泡的过程中,它不仅要从其周围吸收热量,而且还有分子进入到它的里面.理论上可以合理解释能量相同的中子和质子入射到气泡室所产生的径迹上的气泡半径是不同的,中子在气泡室中产生的径迹细长,而质子在气泡室中产生的径迹粗短;可以合理解释在同一径迹上某个区域内可以有半径大小相差不多的气泡存在;也可以合理解释电荷数较多的入射粒子较能量相同但电荷数不同的入射粒子,其在气泡室中径迹上气泡的半径要大;理论上预测入射粒子刚进入气泡室时,其径迹上有大气泡破裂现象发生.通过选择合适的工作物质可以提高气泡室的灵敏度和探测效率.