關鍵要點

• 流體動力空化是流體介質在非常低的壓力下的破裂。 

• 流體動力空化涉及三種機制：成核、氣泡生長和氣泡內爆。

• 流體動力空化用于聚合和解聚、微生物細胞破碎和脂肪酸水解。 

渦輪機是水動力空化應用的一個例子

我們使用各種機器來引起流體的壓力和速度變化。這些機器的一些常見示例是渦輪機、螺旋槳、泵和軸承。在這些機器中，只要機器中使用的流體經歷壓力和速度波動，就會發生氣蝕。流體動力空化是當低壓區域在流體裝置中發展并形成蒸汽空腔時發生的一種空化。 

空化

泵、軸承和螺旋槳都使用與其運行相關的流體。每當流體的壓力和速度波動時，流體中就會產生空化現象。在空化中，壓力在恒定的環境溫度下下降到較低水平。

空化是一種兩相流體流動現象。通常，使用自由流空化數來描述空化。該數字是流體流動的靜壓頭與其動壓頭之比。

氣蝕類型

空化用于廢水處理、藥物輸送、巖石切割、鋼板切割、船用螺旋槳和閥門等。通常，空化包括氣泡或空腔的產生、生長和快速破裂。空腔的坍塌會引起諸如高剪切力、極端溫度、沖擊波、湍流和流體中的極端壓力等影響。

在四種類型（粒子、光學、超聲波、流體動力）中，后兩種類型的空化被廣泛使用。

1. 超聲波空化 -超聲波空化是由于超聲波在流體中傳播引起的壓力波動而產生的。超聲空化有時稱為聲空化。

2. 流體動力空化 -在流體動力空化中，運動中的流體在速度剖面上發生快速變化，這會導致局部壓降。 

流體動力空化

流體動力空化是一種空化現象，涉及液體介質內部蒸汽空穴的發展。與由于超聲波通過時流體的壓縮和膨脹引起的超聲空化不同，流體動力空化是由流動流體的靜壓下降引起的。

水動力空化機制

流體動力空化涉及三種機制：

1. 成核

2. 氣泡增長

3. 泡沫破裂

流體動力空化可以描述為流體介質在低壓下的破裂。當流體流過不規則的幾何形狀或狹窄的孔口時，流體的速度會上升。速度的增加降低了靜壓。每當壓力變得小于局部飽和蒸氣壓時，就會釋放出大量空穴（成核）。在壓力下降時，產生的空腔會膨脹并破裂（生長和內爆）。當空腔坍塌時，它們會向周圍的液體中釋放出尖銳的能量沖擊波。沖擊波能夠帶來微觀混合效應、無標度加熱和可控的轉子/液體摩擦。

流體動力空化器

使用專用轉子（帶孔）以特定速度機械旋轉流體會產生流體動力空化。用于產生流體動力空化的專用轉子稱為流體動力空化器。

在流體動力空化器中，轉子的旋轉在孔內產生遠離金屬表面的流體動力空化。流體動力空化器產生的流體動力空化在系統內完全可控，從而防止表面損壞。氣泡的內爆釋放沖擊波，有助于混合和抑制結垢。流體動力空化器在整個液體中提供均勻的溫度分布，沒有任何傳熱表面。

流體動力空化應用

水動力空化是一種很有前途的空化技術，可用作納米材料合成的有效工具。水動力空化已成功用于化學或物理過程，例如聚合和解聚、微生物細胞破裂和脂肪酸水解。它還用于水凈化。受控流體動力空化的應用包括生物柴油合成、生物質預處理、臭氧化、燃料脫硫、閥門操作、船用螺旋槳以及食品和飲料行業。

Cadence CFD 仿真工具可以幫助您分析流體動力空化對復雜的基于流體的機器系統的影響。在設計渦輪機、螺旋槳和泵時，這些工具可以支持剪切、沖擊和湍流效應的研究。

訂閱我們的時事通訊以獲取最新的 CFD 更新或瀏覽 Cadence 的CFD 軟件套件，包括Fidelity和Fidelity Pointwise，以了解有關 Cadence 如何為您提供解決方案的更多信息。