机械工程学报

作者：蔡腾飞, 潘岩, 王啸林, 马飞, 祝启恒, 韩健

单位：1. 北京科技大学机械工程学院 北京 100083;2. 北京科技大学顺德创新学院 佛山 528399

关键词：自振射流,空化射流,冲蚀模式,空泡云,流体动力学；

基金：国家重点研发计划(2021YFB3401502)、中央高校基本科研业务费(FRF-TP-22-032A1)和佛山市科创基金(BK22BE020)资助项目。

自振空化射流冲蚀模式是射流作业的最直观特征，但其演化机制尚不完全清晰，限制了模式的主动调控及射流高效应用。首先基于自振空化射流冲蚀试验，探明冲蚀模式随空化数和靶距的演变规律，通过高速摄像手段获取不同冲蚀模式下空泡云瞬时形态特征，采用正交模态分解得到空泡溃灭的统计规律；在此基础上，基于瞬态大涡模拟的计算流体动力学仿真方法，获得典型冲蚀模态下流体动力学特性，深入探究并揭示冲蚀模式形成机制。研究结果表明，不同空化数下随靶距变化，射流冲蚀特征呈现出3种典型冲蚀模式A、B、C，其中冲蚀模式A由冲蚀环1和较大冲蚀环2组成，冲蚀模式B仅包含冲蚀环1，冲蚀模式C主要由冲蚀环1及较小冲蚀环3组成；三种冲蚀模式中，均存在冲蚀环1，其能量最强，为主环，而不同冲蚀模式之间的转换方式与空化数有关。三种冲蚀模式形成机制如下：靶距较短时，冲蚀模式A中冲蚀环1由空化射流剪切生成的主空泡云溃灭空蚀而成，冲蚀环2由壁面涡环产生的次生空泡云溃灭造成；靶距较长时，冲蚀模式B仅包含冲蚀环1，该冲蚀模式下射流空蚀能力较强；特定空化数及靶距下，冲蚀模式C中冲蚀环1及冲蚀环3，分别由空化射流的主云团与次云团交替脱落后，依次撞击靶物产生。

来源：2024年第6期

《机械工程学报》期刊编辑部

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