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加热球体入水空泡实验研究

李佳川 魏英杰 王聪 邓环宇

加热球体入水空泡实验研究

李佳川, 魏英杰, 王聪, 邓环宇
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  • 基于高速摄像方法,开展了17–800℃范围内不同温度球体垂直入水实验研究.呈现了随球体温度变化所产生的复杂入水现象:在1.5 m/s入水速度条件下,实验所采用的室温球体不能产生空泡,当球体温度为300℃时空泡生成,增加到400℃空泡消失,继续提高温度至700℃空泡再次形成.根据传热学与流体动力学理论,分析了温度与速度变化对空泡形成的影响机理.结果表明随着温度的升高,球体与水之间的传热效率与传热方式发生改变,汽化生成的汽泡和蒸汽膜改变了周围流体流动的湍动性和球体表面的粗糙度、疏水性,这些变化均会影响空泡的形成;在1.5–3.8 m/s入水速度范围内,当球体具有较高温度时,能否形成入水空泡主要与球体的传热性能有关,速度的提高增强了球体与水的传热效率,使高速入水条件下的较低温度球体同低速入水条件下的较高温度球体入水现象相似,速度本身仅对生成空泡的形态有所影响.
      通信作者: 魏英杰, weiyingjie@gmail.com
    • 基金项目: 黑龙江省自然科学基金(批准号:A201409)、哈尔滨市科技创新人才研究专项基金(批准号:2013RFLXJ007)和中央高校基本科研业务费(批准号:HIT.NSRIF.201159)资助的课题.
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    He C T, Wang C, He Q K, Qiu Y 2012 Acta Phys. Sin. 61 134701 (in Chinese)[何春涛, 王聪, 何乾坤, 仇洋2012物理学报61 134701]

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    Lu Z L, Wei Y J, Wang C, Sun Z 2016 Acta Phys. Sin. 65 014704 (in Chinese)[路中磊, 魏英杰, 王聪, 孙钊2016物理学报65 014704]

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    Biance A L, Chevy F, Clanet C, Lagubeau G, Quere D 2006 J. Fluid Mech. 554 47

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出版历程
  • 收稿日期:  2016-04-11
  • 修回日期:  2016-07-21
  • 刊出日期:  2016-10-05

加热球体入水空泡实验研究

  • 1. 哈尔滨工业大学航天学院, 哈尔滨 150001
  • 通信作者: 魏英杰, weiyingjie@gmail.com
    基金项目: 

    黑龙江省自然科学基金(批准号:A201409)、哈尔滨市科技创新人才研究专项基金(批准号:2013RFLXJ007)和中央高校基本科研业务费(批准号:HIT.NSRIF.201159)资助的课题.

摘要: 基于高速摄像方法,开展了17–800℃范围内不同温度球体垂直入水实验研究.呈现了随球体温度变化所产生的复杂入水现象:在1.5 m/s入水速度条件下,实验所采用的室温球体不能产生空泡,当球体温度为300℃时空泡生成,增加到400℃空泡消失,继续提高温度至700℃空泡再次形成.根据传热学与流体动力学理论,分析了温度与速度变化对空泡形成的影响机理.结果表明随着温度的升高,球体与水之间的传热效率与传热方式发生改变,汽化生成的汽泡和蒸汽膜改变了周围流体流动的湍动性和球体表面的粗糙度、疏水性,这些变化均会影响空泡的形成;在1.5–3.8 m/s入水速度范围内,当球体具有较高温度时,能否形成入水空泡主要与球体的传热性能有关,速度的提高增强了球体与水的传热效率,使高速入水条件下的较低温度球体同低速入水条件下的较高温度球体入水现象相似,速度本身仅对生成空泡的形态有所影响.

English Abstract

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