流体动力空化的双面性：机制、应用与CFD分析

关键要点

• 流体动力空化是流体介质在非常低的压力下的破裂。
• 流体动力空化涉及三种机制：成核、气泡生长和气泡内爆。
• 流体动力空化用于聚合和解聚、微生物细胞破碎和脂肪酸水解。

我们使用各种机器来引起流体的压力和速度变化。这些机器的一些常见示例是涡轮机、螺旋桨、泵和轴承。在这些机器中，只要机器中使用的流体经历压力和速度波动，就会发生气蚀。流体动力空化是当低压区域在流体装置中发展并形成蒸汽空腔时发生的一种空化。

空化

泵、轴承和螺旋桨都使用与其运行相关的流体。每当流体的压力和速度波动时，流体中就会产生空化现象。在空化中，压力在恒定的环境温度下下降到较低水平。

空化是一种两相流体流动现象。通常，使用自由流空化数来描述空化。该数字是流体流动的静压头与其动压头之比。

气蚀类型

空化用于废水处理、药物输送、岩石切割、钢板切割、船用螺旋桨和阀门等。通常，空化包括气泡或空腔的产生、生长和快速破裂。空腔的坍塌会引起诸如高剪切力、极端温度、冲击波、湍流和流体中的极端压力等影响。

在四种类型（粒子、光学、超声波、流体动力）中，后两种类型的空化被广泛使用。

1. 超声波空化 -超声波空化是由于超声波在流体中传播引起的压力波动而产生的。超声空化有时称为声空化。
2. 流体动力空化 -在流体动力空化中，运动中的流体在速度剖面上发生快速变化，这会导致局部压降。

流体动力空化

流体动力空化是一种空化现象，涉及液体介质内部蒸汽空穴的发展。与由于超声波通过时流体的压缩和膨胀引起的超声空化不同，流体动力空化是由流动流体的静压下降引起的。

水动力空化机制

流体动力空化涉及三种机制：

1. 成核
2. 气泡增长
3. 泡沫破裂

流体动力空化可以描述为流体介质在低压下的破裂。当流体流过不规则的几何形状或狭窄的孔口时，流体的速度会上升。速度的增加降低了静压。每当压力变得小于局部饱和蒸气压时，就会释放出大量空穴（成核）。在压力下降时，产生的空腔会膨胀并破裂（生长和内爆）。当空腔坍塌时，它们会向周围的液体中释放出尖锐的能量冲击波。冲击波能够带来微观混合效应、无标度加热和可控的转子/液体摩擦。

流体动力空化器

使用专用转子（带孔）以特定速度机械旋转流体会产生流体动力空化。用于产生流体动力空化的专用转子称为流体动力空化器。

在流体动力空化器中，转子的旋转在孔内产生远离金属表面的流体动力空化。流体动力空化器产生的流体动力空化在系统内完全可控，从而防止表面损坏。气泡的内爆释放冲击波，有助于混合和抑制结垢。流体动力空化器在整个液体中提供均匀的温度分布，没有任何传热表面。

流体动力空化应用

水动力空化是一种很有前途的空化技术，可用作纳米材料合成的有效工具。水动力空化已成功用于化学或物理过程，例如聚合和解聚、微生物细胞破裂和脂肪酸水解。它还用于水净化。受控流体动力空化的应用包括生物柴油合成、生物质预处理、臭氧化、燃料脱硫、阀门操作、船用螺旋桨以及食品和饮料行业。

Cadence CFD 仿真工具可以帮助您分析流体动力空化对复杂的基于流体的机器系统的影响。在设计涡轮机、螺旋桨和泵时，这些工具可以支持剪切、冲击和湍流效应的研究。

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