高速撞壁液滴內在瞬變特徵及其規律的數值研究

《高速撞壁液滴內在瞬變特徵及其規律的數值研究》是清華大學出版社2022年出版的書籍。

基本介紹

• 書名：高速撞壁液滴內在瞬變特徵及其規律的數值研究
• 作者：吳汪霞
• 出版社：清華大學出版社
• 出版時間：2022年4月1日
• 定價：89
• ISBN：9787302600701

內容簡介

高速液滴撞擊固體壁面廣泛存在於工業生產和工程套用中，撞擊過程涉及各種波繫結構時空演變和流體相態瞬變等複雜物理現象，引起了國內外學術界和工業界的廣泛關注。《高速撞壁液滴內在瞬變特徵及其規律的數值研究》基於歐拉-歐拉框架下的多組分可壓縮多相流體控制方程並耦合流體快速相變模型，實現了高速液滴撞擊固體壁面問題的多相流體動力學系統的數值求解，詳細深入地分析了波系時空演化規律與誘發空化產生及潰滅過程的物理機制。

圖書目錄

第1章引言

1.1研究背景和意義

1.2液滴與壁面作用過程的研究綜述

1.2.1液滴撞擊固體壁面的模態研究總結

1.2.2液滴撞擊固體壁面的動力學過程研究

1.2.3液滴高速撞壁問題的研究進展

1.2.4小結

1.3高速液滴撞擊壁面過程的流動現象及其物理解釋

1.3.1水錘激波

1.3.2複雜波系演化

1.3.3液滴內的空化

1.3.4壁面侵蝕與損傷

1.3.5壁面幾何效應

1.4相變與空化模型

1.4.1相變模型

1.4.2空化模型

1.5本書研究目的和內容

第2章數值模型與方法

2.1可壓縮兩相流控制方程和數值方法

2.1.1控制方程

2.1.2模型的數學性質

2.1.3控制方程的離散與求解方法

2.2物性參數的計算

2.3空化相變模型

2.3.1均質/異質成核空化模型

2.3.2相變過程的數值求解

2.4數值方法的驗證

2.4.1單相激波管問題

2.4.2兩相激波管問題

2.4.3膨脹空化問題

2.4.4二維空泡瑞利潰滅問題

2.5本章結論

第3章高速液滴撞擊剛性水平壁面

3.1物理模型

3.2數值結果驗證

3.2.1格線敏感性分析

3.2.2實驗比照

3.3液滴內部流場與波系演化規律

3.3.1第一階段——水錘激波的產生和脫離

3.3.2第二階段——激波的運動與反射

3.3.3第三階段——反射波的匯聚與空化泡產生

3.3.4第四階段——空化泡潰滅

3.4初始速度的影響

3.4.1撞壁液滴的幾何特性

3.4.2空化泡尺度

3.4.3潰滅激波強度

3.5流體物性的影響

3.5.1物性參數擬合

3.5.2結果分析與討論

3.6本章結論

第4章含空化泡液滴高速撞擊剛性水平壁面

4.1物理模型

4.2含空氣泡/蒸氣泡液滴高速撞壁過程對比分析

4.2.1動力學過程的整體分析

4.2.2空泡的變形與潰滅機制

4.2.3水平壁面受力分析

4.3空泡尺寸與液滴初始速度的影響

4.3.1空泡潰滅時間

4.3.2潰滅峰值壓力

4.3.3壁面受力分析

4.4空泡位置的影響

4.5本章結論

第5章液滴高速撞擊曲形固體壁面

5.1物理模型

5.2撞擊液滴中受限水錘激波的演化規律

5.2.1受限水錘激波的產生

5.2.2水錘激波與壁面的脫離

5.2.3水錘激波的運動及其形態演化

5.3空化及其演化規律

5.3.1液滴內部的均質空化

5.3.2壁面附近的異質空化

5.4壁面受力規律

5.5三維效應討論

5.6本章結論

第6章全書總結與展望

6.1全書總結

6.2研究展望

參考文獻

在學期間發表的學術論文與研究成果

致謝

Contents

Contents

Chaper 1Introduction1

1.1Background & Motivation1

1.2Literature Review of Droplet Impingement Problem2

1.2.1Different Outcomes of Droplet Impingement3

1.2.2Kinetic Processes of Droplet Impingement6

1.2.3Research Progress of HighSpeed Droplet

Impingement8

1.2.4Literature Summary11

1.3Flow Mechanics Study of HighSpeed Droplet Impingement12

1.3.1WaterHammer Shock Wave12

1.3.2Evolution of Complex Wave System13

1.3.3Cavitation Phenomena in the Droplet15

1.3.4Erosion of the Impinging Wall16

1.3.5Surface Geometric Effect17

1.4Research of Phase Transition & Cavitation Model18

1.4.1Phase Transition Model18

1.4.2Cavitation Model21

1.5Research Purpose23

Chapter2Mathematical Model & Computational Methodology25

2.1Twophase Compressible Model25

2.1.1Governing Equations25

2.1.2Mathematical Properties of the Model27

2.1.3Discretization of the Governing Equation28

2.2Physical Parameters Calculation33

2.3Cavitation & Phase Transition Model34

2.3.1Homogeneous/Heterogeneous Nucleation Cavitation

Model34

2.3.2Numerical Simulation of Phase Transition Process36

2.4Numerical Validation40

2.4.1Sod Problem40

2.4.2TwoPhase Shock Tube Problem41

2.4.3Real Cavitation43

2.4.4Spherical Bubble Collapse44

2.5Chapter Summary46

Chapter 3Highspeed Droplet Impingement on the Rigid Flat Wall47

3.1Physical Model47

3.2Validation of Numerical Results48

3.2.1Grid Sensitivity Analysis48

3.2.2Comparison With Experimental Results50

3.3Transient Characteristics Inside the Impinging Droplet54

3.3.1The First Stage—Generation and Detachment of

Shock Wave55

3.3.2The Second Stage—Propagation and Reflection of

Shock Wave57

3.3.3The Third Stage—Wave Convergion and Cavitiation

Generation61

3.3.4The Fouth Stage—Cavitation Collapse64

3.4Influence of Initial Velocity66

3.4.1Geometric Properties of Droplets66

3.4.2Size of the Cavitation Zone69

3.4.3Intensity of Collapse Waves70

3.5Influence of Fluids Physical Properties72

3.5.1Physical Parameter Fitting72

3.5.2Results Analysis and Discussion73

3.6Chapter Summary78

Chaper 4Highspeed Impingement of Droplet Embedded With Cavity80

4.1Physical Model80

4.2Results Comparison of Droplets Embedded With Different

Cavities81

4.2.1Analysis of the Whole Dynamic Processes83

4.2.2Deformation and Collapse Mechanism of Embeding

Cavities88

4.2.3Stress Bearing Analysis of Impinging Wall94

4.3Influence of Cavity Size and Initial Velocity95

4.3.1Collapse Time of Embeding Cavities96

4.3.2Peak Collapse Pressure98

4.3.3Wall Stress Analysis99

4.4Influence of Cavitys Initial Position101

4.5Chapter Summary104

Chapter 5HighSpeed Droplet Impingement on the Rigid Curved Wall106

5.1Physical Model106

5.2Analysis of Confined Shock Waves Under Different Curved

Wall107

5.2.1Generation of Shock Wave107

5.2.2Detachment of Shock Wave110

5.2.3Waveform Evolution114

5.3Cavitation Inside Droplet114

5.3.1Focusing Homogeneous Cavitation115

5.3.2NearWall Heterogeneous Cavitation116

5.4Stress Bearing Analysis of Different Curved Wall120

5.5Discussion of Three Dimensional Effect121

5.6Chapter Summary125

Chapter 6Conclutions127

6.1Summary127

6.2Prospect128

References129

Published Academic Papers146

Acknowledgements147