[发明专利]一种游移泡空化稳定产生装置及设计方法

说明书

本发明提供一种游移泡空化稳定产生装置及设计方法，属于空化实验领域，其包括:管体，管体内设有流动通道；该流动通道包括沿流动方向依次平滑连接的收缩段、喉部段、过渡段和扩散段，流动通道横截面均为方形或者圆形；流动通道中心位于一条直线上，即中轴线；喉部段各处的横截面为定值，收缩段、过渡段及扩散段横截面面积沿流动方向是变化的，其变化规律由上述各段的控制线决定。通过设计流动通道各段的控制线，控制装置内部低压区的近壁面流态，防止了低压区内壁面附近的流动分离，阻止了内壁面附着空化的产生，从而避免了附着空化对产生游移泡空化的干扰，进而解决了现有空化产生技术中不能稳定产生游移泡空化的问题。

技术领域

本发明涉及空化实验领域，尤其是涉及一种游移泡空化稳定产生装置及设计方法。

背景技术

当液体局部承受低压作用或者拉应力作用时，可能会产生液-气相变，这种相变即为空化。由液体的流动导致局部低压或者拉应力产生的空化称之为动力学空化。游移泡空化是一种较为特殊的动力学空化形式，其通常以多个随液体运动的近球形空泡的形式出现。游移泡空化在水力机械及水下装备中广泛存在，是本领域的研究热点之一。游移泡空化和通常的动力学空化不同，有着以下特点：第一，能够直接反映液体中的空化核群性质；第二，结构简单，相关参数易于测量，便于研究空化与流场、流道壁面以及流场中其他杂质的复杂相互作用。

然而，在实验研究中稳定产生游移泡空化却非常困难。当游移泡空化产生时，附着在壁面附近的片状或云状空化通常会伴随产生并且附着在壁面上不断发展，占据流道空间，严重改变流道内的压力及速度分布，从而破坏游移泡空化的产生条件，阻碍游移泡空化的进一步产生。鉴于此，过去的实验方法多采用激光、电火花来产生结构与游移泡空化类似的近球形空泡，然而，该类方法引入了外部能量，不能反映液体的空化核群性质，并且空泡生长的速度一般而言远高于动力学形成的空泡，不能完全反映自然空泡的生长规律。并且，游移泡空化在空化研究领域有着不可替代的作用，而如何稳定产生游移泡空化则是本领域技术人员亟需解决的技术难题。

因此，实有必要设计一种游移泡空化稳定产生装置，以解决上述问题。

发明内容

为了避免上述问题，提供了一种游移泡空化稳定产生装置，通过控制流动通道低压区近壁面流态，阻止了流道壁面附着的片状或云状空化的产生，从而保证了游移泡空化的稳定产生。

本发明提供的一种游移泡空化稳定产生装置，包括：管体，管体内设有流动通道；该流动通道包括沿流动方向依次平滑连接的收缩段、喉部段、过渡段和扩散段，任意两段连接处的横截面的形状和面积均相同，流动通道横截面均为方形或者圆形；流动通道中心位于一条直线上，即中轴线；

喉部段各处的横截面为定值，收缩段、过渡段及扩散段横截面面积沿流动方向是变化的，其变化规律由上述各段的控制线决定；若流动通道横截面为方形，控制线为流动通道各处横截面的同侧对角点相连的平面曲线，若流动通道横截面为圆形，控制线为经过中轴线的平面与流动通道边缘相交的曲线；

其中，收缩段的控制线满足如下方程：

式中，

Y为收缩段某一横截面上的控制线与中轴线的距离；

Y₁为收缩段首端横截面上的控制线与的距离；

Y₂为收缩段末端横截面上控制线与中轴线的距离；

X为收缩段某一横截面与收缩段首端横截面的距离；

X_m取值范围为0.2-0.8；

L为收缩段长度；

n为3-7的整数。

优选地，X_m取值范围为0.4-0.6。