超空泡的案例
空化與空泡——從燒開水到超空泡
增強空泡設(shè)計
水的摩擦阻力很大（所以游泳的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)慢于短跑），增強空泡設(shè)計特意讓空泡完全覆蓋物體表面形成超空泡，物體相當(dāng)于在氣體中航行，可以大幅降低阻力。設(shè)計的原則與消除空泡設(shè)計的原則相反，讓外形產(chǎn)生大面積低壓區(qū)，在水下高速快跑。（這兩個要求一般都難以達(dá)到，通過向物體表面大量充氣，產(chǎn)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(jié)
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(shè)計外形和變化運動速度來改變物體局部的壓強。
專業(yè)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(yè)，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(xù)尋找。
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展開 改良楔形葉片旋轉(zhuǎn)空化器水動力學(xué)特性數(shù)值模擬分析
超空泡形態(tài)穩(wěn)定，可以廣泛應(yīng)用于工程實際：產(chǎn)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?yōu)槊芏群宛ざ刃〉枚嗟臍怏w，從而實現(xiàn)水下航行體的減阻[3]；超空泡表面高效的傳熱傳質(zhì)過程可以應(yīng)用于海水淡化領(lǐng)域，例如 Likhachev 等[4-5] 應(yīng)用自然超空泡原理提出了一種新型的海水淡化技術(shù)，即利用旋轉(zhuǎn)空化器形成并維持穩(wěn)定的超空泡形態(tài)，通過對從超空泡內(nèi)抽取的蒸汽進(jìn)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(chǎn)生[6]，前者往往需要有很高的射彈速度，穩(wěn)定性難以控制且運動參數(shù)測量困難[7]，后者則需要借助龐大的水洞試驗系統(tǒng)[8]。旋轉(zhuǎn)空化器是一種通過高速旋轉(zhuǎn)的葉片在水中產(chǎn)生超空泡以滿足不同工程實際應(yīng)用的裝置，可以應(yīng)用于海水淡化、污水處理等領(lǐng)域，相比前面的 2 種方式，旋轉(zhuǎn)空化器可以在較小的受限空間內(nèi)持續(xù)產(chǎn)生穩(wěn)定的超空泡，其系統(tǒng)體積小、易于控制和利用[4]。本研究團(tuán)隊曾針對不同葉片數(shù)的旋轉(zhuǎn)空化器開展研究，例如，曾針對四葉片楔形葉片旋轉(zhuǎn)空化器進(jìn)行數(shù)值仿真，并研究了減速板對旋轉(zhuǎn)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(jìn)行改型設(shè)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(fā)，確定了優(yōu)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(shù)值模擬計算對這一改良楔形葉片旋轉(zhuǎn)空化器的水動力學(xué)特性開展深入研究，并與原型葉片的水動力學(xué)特性進(jìn)行對比分析，得到不同轉(zhuǎn)速下葉型對旋轉(zhuǎn)空化器水動力學(xué)特性的影響規(guī)律，以為旋轉(zhuǎn)空化器的設(shè)計和應(yīng)用提供參考。
1 計算模型
圖 1 所示為本文所研究旋轉(zhuǎn)空化器楔形葉片的原始葉型和改良葉型的橫截面。
展開 ”十三五“流體力學(xué)學(xué)科重點發(fā)展戰(zhàn)略
高速水動力學(xué)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(yīng)。
主要研究內(nèi)容包括：
建立計及微觀群泡動力學(xué)特性的宏觀空化新模型，獲得空化流動內(nèi)部流體介質(zhì)的物理特征、空泡形態(tài)特征、流動結(jié)構(gòu)、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(wěn)定性的分析方法和判據(jù)，發(fā)展超空泡流動研究的實驗技術(shù)和數(shù)值模擬方法，建立機動運動狀態(tài)下超空泡航行體的動力學(xué)模型。
建立考慮表面波與發(fā)射平臺運動等復(fù)雜因素的航行體高速帶空泡出水過程的水動力學(xué)模型，發(fā)展流固耦合模型，把握復(fù)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(guī)律。
發(fā)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(tài)控制的實驗技術(shù)和精細(xì)數(shù)值模擬方法，突破入水沖擊載荷預(yù)示技術(shù)，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(xué)特征和運動姿態(tài)。
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(xué)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(zhì)
在自然界和工程技術(shù)界，存在著許多非牛頓流體，它們種類繁多，形態(tài)各異，也常被稱為復(fù)雜流體。同時，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，如今某些原本被認(rèn)為是牛頓流體的介質(zhì)在精細(xì)觀測或特殊情況下也被發(fā)現(xiàn)存在非牛頓流體的特性。非牛頓流體的力學(xué)問題普遍存在于與國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和日常生活密切相關(guān)的各個領(lǐng)域，不僅影響工業(yè)領(lǐng)域的生產(chǎn)過程、生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，而且也影響生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的器械研制、疾病診斷和治療。
主要發(fā)展方向和研究內(nèi)容為：
非牛頓流體的流動穩(wěn)定性研究，探討界面失穩(wěn)、彈性湍流的物理機制以及泥石流和雪崩等重大自然災(zāi)害的觸變性流體特征，研究航天發(fā)動機中非牛頓凝膠推進(jìn)劑霧化過程中的關(guān)鍵科學(xué)問題。
展開 壞泡泡——螺旋槳梢渦空泡的數(shù)值模擬
若空泡從葉切面導(dǎo)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(dǎo)邊而在隨邊之前結(jié)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(zhǔn)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(tài)發(fā)生周期性變化。當(dāng)攻角大時，發(fā)生空泡，而攻角小時，空泡從切面導(dǎo)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(chǎn)生和消失，對螺旋槳材料的剝蝕最為嚴(yán)重。這種周期性變化的空泡時現(xiàn)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(shù)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(zhuǎn)域，可以使用旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系法或剛體運動法實現(xiàn)螺旋槳的旋轉(zhuǎn)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(xiàn)流場信息傳遞，如下圖所示。
▲ 計算域示意圖
網(wǎng)格劃分
為了較為理想地捕捉到梢渦及梢渦空泡，網(wǎng)格的配置非常重要。首先，在螺旋槳周圍添加緩沖層和環(huán)形加密區(qū)，如下圖所示。
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【轉(zhuǎn)】Fluent你知多少？【第三期】更新完成
不過用編譯，計算速度快，且一般C能實現(xiàn)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(diào)過了，網(wǎng)格也比較細(xì)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(shè)備的時候，計算的穩(wěn)定性和收斂性受到算法和網(wǎng)格技術(shù)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(jìn)的模型，且穩(wěn)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(yī)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(shè)計要求4小時內(nèi)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(xué)反應(yīng)；2）塑料瓶與藥水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)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(xué)反應(yīng)（volume），光化學(xué)反應(yīng)一般是0級反應(yīng)動力學(xué)，反應(yīng)速率是固定的。塑料瓶與藥水的反應(yīng)可用壁面化學(xué)反應(yīng)表達(dá)，關(guān)鍵是找到反應(yīng)動力學(xué)參數(shù)。
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(shù)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(qū)域，不同區(qū)域之間存在很大的壓差，用雙精度。
3）對于有較高的熱傳導(dǎo)率的問題或?qū)τ谟休^大的長寬比的網(wǎng)格，用雙精度。
11、為什么用fluent畫出來的非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格會有小的殘缺？
答：做網(wǎng)格的時候設(shè)置喝水的精度。
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