球形颗粒对固体壁面附近激光诱导空化泡射流行为影响的实验研究1)

张湘晴 张宇宁

(华北电力大学电站能量传递转化与系统教育部重点实验室，北京102206)

(华北电力大学能源动力与机械工程学院，北京102206)

磨蚀是困扰水力机械长期稳定、安全、高效运行的重要难题，主要由泥沙磨损与空化空蚀破坏联合作用导致[1-2]。在磨蚀的过程中，过流部件附近的颗粒在空化流场的作用下可能被很大程度上加速，从而造成对固体壁面的冲击破坏。因此，一般而言，磨蚀的破坏速度远大于泥沙磨损或者空化空蚀单独作用时的破坏速度，其作用机理在工程界一直是备受关注的焦点。随着工程界对水力机械运转可靠性需求的提升，颗粒对空化溃灭过程中射流的影响有待进一步揭示。相关文献请参考作者的综述论文[3]。

近期，借助于高速摄影技术和微观空化实验平台，本文尝试在单个空化泡尺度下研究颗粒对固体壁面处空化射流的影响。文献调研显示，颗粒在空化的作用下会呈现出非常复杂的行为[4-6]。L¨u等[7]和吕良[8]采用棉线悬吊的方法探讨了激光诱导空化泡完整的动力学(从初生、增长到溃灭等)过程中的颗粒运动行为。实验结果显示，颗粒呈现了相吸、相斥和往复运动等多种运动学模式。从实验难度而言，颗粒的运动时间尺度(10∼200 ms量级)远大于空化泡的典型时间尺度(100∼500 µs量级)，这就导致了实验设计及高速摄影拍摄上的一定难度。值得注意的是，很多重要现象(诸如射流等)的研究即使在固定颗粒方面也较为稀少，很有必要厘清。……