超空泡
關注創建者：匿名 創建時間：2022-01-06
超空泡的實例教程
增強空泡設計
水的摩擦阻力很大（所以游泳的速度遠遠慢于短跑），增強空泡設計特意讓空泡完全覆蓋物體表面形成超空泡，物體相當于在氣體中航行，可以大幅降低阻力。設計的原則與消除空泡設計的原則相反，讓外形產生大面積低壓區，在水下高速快跑。（這兩個要求一般都難以達到，通過向物體表面大量充氣，產生人工空泡也可以形成超空泡——包裹全身的大泡泡）
人工充氣的超空泡
總結
改變水中物體的空化有兩條道路：
1、改變溫度，你不能加熱或冷卻大海，但是可以將物體本身燒熱或冷卻，改變物體表面的水的空化。
2、改變壓強，你不能給大海加壓或者抽真空，可以通過設計外形和變化運動速度來改變物體局部的壓強。
專業書上說水變水汽分為三種方式：1、汽化，2、空化，3、沸騰。我講的不專業，為了你好消化，只好將魚翅冒充粉絲了。還有其他的錯誤，請你繼續尋找。
知識沒有串成故事，很容易被遺忘，打個洞串起來，雖然破壞了知識的完美卻保證不會丟。
轉自本人的公共號“陸姐說”,請關注。
不求完整只求獨特
展開 超空泡形態穩定，可以廣泛應用于工程實際：產生的超空泡覆蓋于航行體表面，將與航行體表面接觸的液體變為密度和黏度小得多的氣體，從而實現水下航行體的減阻[3]；超空泡表面高效的傳熱傳質過程可以應用于海水淡化領域，例如 Likhachev 等[4-5] 應用自然超空泡原理提出了一種新型的海水淡化技術，即利用旋轉空化器形成并維持穩定的超空泡形態，通過對從超空泡內抽取的蒸汽進行冷凝而得到淡水。
在針對超空泡的實驗研究中，超空泡一般通過高速射彈（物體在靜水中運動）或是高速來流沖擊（水流沖擊靜止物體）這 2 種方式來產生[6]，前者往往需要有很高的射彈速度，穩定性難以控制且運動參數測量困難[7]，后者則需要借助龐大的水洞試驗系統[8]。旋轉空化器是一種通過高速旋轉的葉片在水中產生超空泡以滿足不同工程實際應用的裝置，可以應用于海水淡化、污水處理等領域，相比前面的 2 種方式，旋轉空化器可以在較小的受限空間內持續產生穩定的超空泡，其系統體積小、易于控制和利用[4]。本研究團隊曾針對不同葉片數的旋轉空化器開展研究，例如，曾針對四葉片楔形葉片旋轉空化器進行數值仿真，并研究了減速板對旋轉空化器的作用[9-10]；針對雙葉片空化器的核心部件—楔形葉片進行改型設計，通過對比 2 種改型葉片和原型葉片的性能，從空化器形成的空泡尺寸和空化強度的角度出發，確定了優化性能的改良方案[11]。為了確定葉片改良帶來的影響，本文擬通過三維定常數值模擬計算對這一改良楔形葉片旋轉空化器的水動力學特性開展深入研究，并與原型葉片的水動力學特性進行對比分析，得到不同轉速下葉型對旋轉空化器水動力學特性的影響規律，以為旋轉空化器的設計和應用提供參考。
1 計算模型
圖 1 所示為本文所研究旋轉空化器楔形葉片的原始葉型和改良葉型的橫截面。
展開 高速水動力學主要研究涉及多相流、湍流、相變、可壓縮性和非定常等物理機制的自然空泡和通氣超空泡以及強非線性自由表面效應。
主要研究內容包括：
建立計及微觀群泡動力學特性的宏觀空化新模型，獲得空化流動內部流體介質的物理特征、空泡形態特征、流動結構、尾部流動特性以及作用在航行體上的流體動力特性。
建立超空泡穩定性的分析方法和判據，發展超空泡流動研究的實驗技術和數值模擬方法，建立機動運動狀態下超空泡航行體的動力學模型。
建立考慮表面波與發射平臺運動等復雜因素的航行體高速帶空泡出水過程的水動力學模型，發展流固耦合模型，把握復雜條件下航行體出水的流體動力特性、出水空泡潰滅和沖擊載荷的變化規律。
發展航行體高速入水沖擊和帶空泡航行的流體動力特性與姿態控制的實驗技術和精細數值模擬方法，突破入水沖擊載荷預示技術，建立航行體高速入水空泡演化模型和作用于航行體的水動力載荷模型，把握航行體高速入水非控段航行的水動力學特征和運動姿態。
建立破碎波、液艙晃蕩、甲板上浪和入水砰擊等強非線性自由表面水動力學機理及流固耦合分析方法。
5、非牛頓流體的流動與傳熱傳質
在自然界和工程技術界，存在著許多非牛頓流體，它們種類繁多，形態各異，也常被稱為復雜流體。同時，隨著現代科學技術的發展，如今某些原本被認為是牛頓流體的介質在精細觀測或特殊情況下也被發現存在非牛頓流體的特性。非牛頓流體的力學問題普遍存在于與國民經濟發展和日常生活密切相關的各個領域，不僅影響工業領域的生產過程、生產效率和產品質量，而且也影響生物醫學領域的器械研制、疾病診斷和治療。
主要發展方向和研究內容為：
非牛頓流體的流動穩定性研究，探討界面失穩、彈性湍流的物理機制以及泥石流和雪崩等重大自然災害的觸變性流體特征，研究航天發動機中非牛頓凝膠推進劑霧化過程中的關鍵科學問題。
展開 若空泡從葉切面導邊一直延伸至隨邊以外，即葉切面全部為空泡所覆蓋，則形成所謂超空泡流動；有時也起于葉切面導邊而在隨邊之前結束，則形成所謂局部空泡。前者影響螺旋槳的性能而無剝蝕作用；后者對螺旋槳有剝蝕作用。片狀空泡通常用來描繪厚度較薄、定常或準定常的空泡。
▲ 片狀空泡
云霧狀空泡。
螺旋槳在不均勻流場中工作時，槳葉切面的工作狀態發生周期性變化。當攻角大時，發生空泡，而攻角小時，空泡從切面導邊向隨邊流去，在隨邊附近破裂而消失，這種攻角時大時小的變化，使空泡周期性地產生和消失，對螺旋槳材料的剝蝕最為嚴重。這種周期性變化的空泡時現時隱，消失時被水流沖向后方形成云霧狀，故稱云霧狀空泡。
▲ 云霧狀空泡
梢渦空泡模擬
幾何模型
以INSEAN E779A螺旋槳為研究對象，計算其水動力性能及空泡性能。在螺旋槳梢渦空泡數值模擬研究中，E779A槳是使用頻率最高的槳型之一，其幾何形狀如下圖所示。
▲ INSEAN E779A螺旋槳
計算域
計算域分為兩部分，第一部分為槳附近的圓柱形旋轉域，可以使用旋轉坐標系法或剛體運動法實現螺旋槳的旋轉運動模擬；第二部分為靜止域，兩計算域之間通過交界面實現流場信息傳遞，如下圖所示。
▲ 計算域示意圖
網格劃分
為了較為理想地捕捉到梢渦及梢渦空泡，網格的配置非常重要。首先，在螺旋槳周圍添加緩沖層和環形加密區，如下圖所示。
展開 不過用編譯，計算速度快，且一般C能實現的編譯都可以
8、高速魚雷超空泡計算時無論是用FLUENT還是Star-ccm+都無法收斂，問題出在哪里？松弛因子等都調過了，網格也比較細了。
答：建議用Pumplinx嘗試一下，其空化模型比較好用。在用CFD做水下超空化設備的時候，計算的穩定性和收斂性受到算法和網格技術的限制。PumpLinx正好在計算流體機械的空化汽蝕方面有比較先進的模型，且穩定性和收斂性都有比較好的保證，為此采用PumpLinx軟件順利的解決了主動超空化的問題。
9、如何用CFD軟件模擬靜脈滴注藥水瓶中藥水濃度降低問題？新課題：醫院打點滴用的塑料瓶（不用的材料制造的）裝入藥物后藥水濃度會不斷降低，塑料瓶的設計要求4小時內藥水濃度降低不能超過1%。藥水濃度降低的原因有二：1）光化學反應；2）塑料瓶與藥水發生化學反應導致沉積。對此如何用CFD軟件模擬？
答：這個，fluent中打開組分輸運方程并打開化學反應（volume），光化學反應一般是0級反應動力學，反應速率是固定的。塑料瓶與藥水的反應可用壁面化學反應表達，關鍵是找到反應動力學參數。
10、在Fluent中，什么情況下選擇單、雙精度解算器？
答：Fluent的單雙精度求解器適合于所有的計算平臺，在大多數情況下，單精度求解器就能很好地滿足計算精度要求，且計算量小。
但在有些情況下推薦使用雙精度求解器：
1）如果幾何體包含完全不同的尺度特征（如一個長而壁薄的管），用雙精度的；
2）如果模型中存在通過小直徑管道相連的多個封閉區域，不同區域之間存在很大的壓差，用雙精度。
3）對于有較高的熱傳導率的問題或對于有較大的長寬比的網格，用雙精度。
11、為什么用fluent畫出來的非結構網格會有小的殘缺？
答：做網格的時候設置喝水的精度。
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超空泡形態穩定，可以廣泛應用于工程實際：產生的超空泡覆蓋于航行體表面，將與航行體表面接觸的液體變為密度和黏度小得多的氣體，從而實現水下航行體的減阻[3]；超空泡表面高效的傳熱傳質過程可以應用于海水淡化領域，例如 Likhachev 等[4-5] 應用自然超空泡原理提出了一種新型的海水淡化技術，即利用旋轉空化器形成并維持穩定的超空泡形態，通過對從超空泡內抽取的蒸汽進行冷凝而得到淡水。
若空泡從葉切面導邊一直延伸至隨邊以外，即葉切面全部為空泡所覆蓋，則形成所謂超空泡流動；有時也起于葉切面導邊而在隨邊之前結束，則形成所謂局部空泡。前者影響螺旋槳的性能而無剝蝕作用；后者對螺旋槳有剝蝕作用。片狀空泡通常用來描繪厚度較薄、定常或準定常的空泡。
▲ 片狀空泡
云霧狀空泡。
建立超空泡穩定性的分析方法和判據，發展超空泡流動研究的實驗技術和數值模擬方法，建立機動運動狀態下超空泡航行體的動力學模型。
建立考慮表面波與發射平臺運動等復雜因素的航行體高速帶空泡出水過程的水動力學模型，發展流固耦合模型，把握復雜條件下航行體出水的流體動力特性、出水空泡潰滅和沖擊載荷的變化規律。
（這兩個要求一般都難以達到，通過向物體表面大量充氣，產生人工空泡也可以形成超空泡——包裹全身的大泡泡）
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1、改變溫度，你不能加熱或冷卻大海，但是可以將物體本身燒熱或冷卻，改變物體表面的水的空化。
2、改變壓強，你不能給大海加壓或者抽真空，可以通過設計外形和變化運動速度來改變物體局部的壓強。
不過用編譯，計算速度快，且一般C能實現的編譯都可以
8、高速魚雷超空泡計算時無論是用FLUENT還是Star-ccm+都無法收斂，問題出在哪里？松弛因子等都調過了，網格也比較細了。
答：建議用Pumplinx嘗試一下，其空化模型比較好用。在用CFD做水下超空化設備的時候，計算的穩定性和收斂性受到算法和網格技術的限制。
