多孔介质中气泡卡阻的可视化实验研究

气泡卡阻是多孔介质两相输运过程中的一个重要现象,但是气泡卡阻的动力学和几何条件一直未被系统地研究。本文使用二维孔网络模型,对注射到多孔介质中气泡在浮力作用下的形成、迁移和卡阻现象进行了可视化研究。研究发现,孔喉系数为1的多孔介质中气体在不同注射速率下均不发生卡阻,而孔喉系数为0.33的多孔介质中卡阻大量发生。基于上述实验现象进行建模,结果显示,较大的Bo数不利于气泡的卡阻;适中的孔喉系数有利于气泡的卡阻。     

多组分介质低温相平衡的理论研究现状

多元混合工质的相平衡特性是复杂且重要的问题之一。文中综述了国内外多组分介质相平衡的理论研究现状,包括状态方程和混合规则的改进、活度系数模型的研究以及对特定体系计算方法的研究等。并总结了适用于低温下尤其是针对天然气组分的相平衡计算方法。     

未饱和土壤中多相多组分热质迁移过程的动态模拟研究

本文研究了未饱和土壤中热、湿与盐分的复合迁移过程的机理和动态特性．建立了描述多相多组分热质迁移过程的动态模型和相应的微分方程组并进行了数值模拟，获得了土壤中温度分布、盐分分布和湿分分布的动态分布特性．模拟结果和实测值相比较，表明本文建立的模型是合理可信的．     

多相流泵溶气气浮中气泡粒径分布的实验研究

本文通过多相流泵溶气气浮装置制备气泡,对气浮过程中气泡的粒径分布进行了研究。首先,采用显微摄像法和激光衍射法对气泡粒径进行了测量;其次,通过激光衍射法,对气浮过程中影响气泡粒径分布的因素如压力、气液比、矿化度、表面张力等参数进行了研究。结果显示:两种测量方法具有较好的一致性;气泡粒径随压力升高而逐渐减小,当压力高于0.5 MPa时,继续提高压力已无明显作用;气液比升高导致气泡粒径减小,直至溶气水达到饱和;矿化度的升高使气泡从更多的气泡核位析出,从而降低了气泡粒径;表面张力的降低可以有效地抑制气泡间的相互聚并,从而使气泡粒径减小。     

多组分气体在多孔介质中扩散过程的数值模拟

通过对已有的多组分气体在多孔介质中的扩散模型与实验结果对比,发现尘气模型(DGM)与实验结果吻合较好,并利用该模型对CH_4/O_2/N_2三元混合气体在不同孔径的多孔介质内扩散过程进行了数值模拟,分析了扩散与对流两种机理在有/无压差下对扩散通量的影响,对比分析了干燥和含水非饱和多孔介质中的扩散过程.结果表明在无压差的扩散过程中也存在对流;气体的扩散速度随孔径的减小先增大后减小;含水非饱和多孔介质中扩散速度减弱。     

含气泡液体中气泡振动的研究

研究了含气泡液体中单个气泡在驱动声场一定情况下的振动过程. 让每次驱动声场作用的时间特别短, 使气泡半径发生微小变化后再将其变化反馈到气泡群对驱动声场的散射作用中去, 从而可以得到某单个气泡周围受气泡散射影响后的声场, 接着再让气泡在该声场作用下做短时振动, 如此反复. 通过这样的方法, 研究了液体中单个气泡的振动情况并对其半径变化进行了数值模拟, 结果发现, 在液体中含有大量气泡的情况下, 某单个气泡的振动过程明显区别于液体中只有一个气泡的情况. 由于大量气泡和驱动声场的相互作用, 使气泡半径的变化存在多种不同的振动情况, 在不同的气泡大小和含量的情况下, 半径变化过程分别表现为: 在平衡位置附近振荡的过程; 周期性的空化过程; 一次空化过程后保持某一大小振荡的过程; 增长后维持某一大小振荡的过程等. 所以, 对于含气泡液体中气泡振动的研究, 在驱动声场一定的情况下, 必须考虑气泡含量的因素. 关键词： 含气泡液体 超声空化 散射 数值模拟     

吸收性介质内气泡的表观辐射特性研究

气泡的存在对介质的辐射传输特性具有重要影响。本文基于广义MIE理论计算了气泡在吸收性介质内的辐射特性。研究了介质的复折射率虚部对气泡表观辐射特性的影响以及0.2~200μm可见光及红外波长范围内介质水的吸收特性对气泡粒子系散射系数和吸收系数的影响。结果表明,随着粒子尺度参数的增大,介质吸收对气泡表观辐射特性的影响相应增大,忽略介质吸收将带来很大误差;当波长大于2μm时,介质水的吸收特性对气泡的散射特性影响不能忽略。     

含椭球包体多相复合介质电导率的有效介质理论

本文应用有效介质理论(EMT),研究含椭球包体的多相复合介质中的导电性。建议用各向异性因子m估计非均匀系统的局域各向异性,并给出一个计算此情况下有效电导率张量的公式。对于椭球包体取向完全无序的介质,建议以介质的几何结构因子I_i(i=χ,y,z)估计组成包体的颗粒之间的近场效应。研究表明,结构因子I_i与包体的退极化因子n_i(i=χ,y,z)之间存在简单的关系。EMT的计算结果表明,抻长的椭球包体(b/α≈0.2)和压扁的椭球包体((b/α≈7—8)是导致渗流阈值对c₁^*=0.17的两种主要几何结构。初步的理论分析表明,由这两种几何形状产生渗流的共同机制是在介质中形成“无穷”长的链状集团。     

黏弹介质包裹的液体腔中气泡的动力学分析

考虑组织黏弹性对腔内气泡的影响,引入Voigt黏弹性模型,得到生物组织中气泡径向振动方程,并基于此分析了声场参数、组织弹性、腔体大小对空化气泡振动的影响.数值分析结果表明:气泡受到组织的约束,腔体半径越小约束越强,气泡的共振频率和振动幅度越小.气泡和腔体半径比a一定时,随着组织剪切模量的增大,气泡共振频率增大,振动幅度减小且在高强度的声压下表现更为明显,气泡在高频下声响应越弱振动幅度越小.气泡初始半径在1—5μm区域内惯性空化阈值较低,较容易空化;气泡的惯性空化阈值随组织剪切模量,驱动频率的增大而增大,且腔体半径越小气泡惯性空化阈值越高.探究组织黏弹特性对气泡动力学行为的影响,可为超声检测及治疗提供参考.     

尾流气泡幕光学特性的数理模型

对实验室模拟的尾流以及真实尾流气泡幕中气泡的运动规律进行了分析和计算,并提出了气泡幕中气泡随半径分布规律的数学物理模型,引入了最可几半径的概念从单个气泡对激光散射的影响推导出了气泡幕对激光的散射效应的数学表达式,并利用所得到的表达方式在实验室条件下进行了相关计算所建立的理论模型对于气泡分布的计算结果同实验结果相比,一致性相当好在气泡幕对激光散射的影响中,首次对激光偏振化特性的影响进行了区别计算计算结果表明:激光的两种偏振化状态对气泡幕散射的影响从粗糙结构来看没有明显差异,但其精细结构有所不同对不扩束和扩束两个条件下的计算明确显示出,扩束条件下散射光的强度是不扩束条件下的二倍以上,但二者的精细结构并没有可见的差别.     

气液段塞流气弹区相界面结构理论研究

根据气液段塞流气弹区相界面结构特征将气弹分为气弹头、气弹体、水跃面和气弹尾四部分,并根据各自的流动和界面结构特征分别进行模化,建立了描述不同倾角的圆管内气液段塞流气弹区相界面结构的一维理论模型.该模型的计算结果表明气液混合Froude数、管道倾角和气弹长度显著影响气液段塞流气弹区相界面结构,计算与实验结果吻合良好.     

MODEL COMPARISON FOR ACOUSTIC SCATTERING BY A SPHERICAL AIR BUBBLE IN WATER

The oscillation of a bubble has many vibrational modes, contributing to different portions in acoustic scattering. Without approximations a priori, an hydrodynamic approach is applied to investigate acoustic scattering by a bubble in water, taking into account the heat exchange and viscosity. The scattering function is derived for a wide range of frequencies. Examples are shown to illustrate the thermal and viscous effects on sound scattering. Comparison is made with three existing models. While these models are known not to be applicable for high frequencies, it is shown here that even in the low-frequency region, there are also noticeable discrepancies between the exact solution and the three existing models with regard to the scattering properties such as the scattering cross-section, and the quality factor of resonant peaks. By numerical simulation, we claim that the discrepancies may be due to the incomplete consideration of the thermal exchange process in the previous models. The approach presented here is valid for any other fluid enclosure in liquids.     

一个新的核态沸腾汽泡动力学模型

本文在经典汽泡动力学理论基础上，提出了描述汽泡生长过程的综合界面模型．本模型的核心在于汽泡内部的热力学过程的详细分析及汽液界面的传热、传质过程的详细描述．并对汽泡生长过程进行了模拟计算，给出了动力学控制阶段的时间范围．本模型对汽泡生长、汽膜发展的理论分析及数值模拟提供了良好的基础．     

船舶螺旋桨空化噪声预报初步

本文介绍基于能量观点的原型螺旋桨空化噪声基本预报公式以及经过空泡空气含量修正的预报公式,并提供了预报结果。模型桨空化噪声谱是在上海交通大学空泡水筒中测得,其原型桨的谱在实海中测得。预报实例证实,基本预报公式是适用的,经过空气含量修正的预报公式可获得比较精确的预报结果。     

A simple model of ultrasound propagation in a cavitating liquid. Part II: Primary Bjerknes force and bubble structures

In a companion paper, a reduced model for propagation of acoustic waves in a cloud of inertial cavitation bubbles was proposed. The wave attenuation was calculated directly from the energy dissipated by a single bubble, the latter being estimated directly from the fully nonlinear radial dynamics. The use of this model in a mono-dimensional configuration has shown that the attenuation near the vibrating emitter was much higher than predictions obtained from linear theory, and that this strong attenuation creates a large traveling wave contribution, even for closed domain where standing waves are normally expected. In this paper, we show that, owing to the appearance of traveling waves, the primary Bjerknes force near the emitter becomes very large and tends to expel the bubbles up to a stagnation point. Two-dimensional axi-symmetric computations of the acoustic field created by a large area immersed sonotrode are also performed, and the paths of the bubbles in the resulting Bjerknes force field are sketched. Cone bubble structures are recovered and compare reasonably well to reported experimental results. The underlying mechanisms yielding such structures is examined, and it is found that the conical structure is generic and results from the appearance a sound velocity gradient along the transducer area. Finally, a more complex system, similar to an ultrasonic bath, in which the sound field results from the flexural vibrations of a thin plate, is also simulated. The calculated bubble paths reveal the appearance of other commonly observed structures in such configurations, such as streamers and flare structures.     

考虑二维效应和相对论效应时低杂波电流驱动部分模拟结果

本文介绍低杂波电流驱动模拟计算编码中福克－普朗克方程的数值求解。考虑了螺距角散射造成的高垂直温度效应（二维效应）和相对论效应。同时．福克－普朗克方程中包括了描述尾部电子约束的项。数值结果表明，二维效应和相对论效应的加入均能提高电流驱动效率。驱动电流随尾部电子约束改善而增加。     

混流泵叶轮内空化流动的数值计算

本文应用三维Navier-Stokes方程和k-ε两方程湍流模型以及全空化模型,对一台喷水推进混流泵叶轮内的空化流动进行数值模拟.介绍了空化流动的模拟方法,并计算了混流泵的空化性能指标,有效地预测了叶片上空化发生的区域和空化流动的发展情况.文中还对两种进口相对流动角作了数值计算,结果表明小的相对流动角可以提高混流泵的空化性能,但却使扬程有所下降.     

双组分混合物沸腾换热的理论研究

本文利用动态微液层模型对双组分混合物的沸腾换热现象进行了理论预测。本模型认为沸腾换热的机理主要是由于在气泡的周期生长过程中所形成微液层的蒸发。模型中考虑了气泡生长过程中液体传质的影响,给出了气泡生长过程中传热面上气-液-固接触的动态构造,计算结果与实验结果能够较好的符合。