横向来流内单孔气泡形成的理论与实验研究

Abstract

水下气泡的运动是水下航行器减阻和化工领域中的基础问题。本研究针对横向来流条件下气泡形成的现象进行了研究,主要包括循环水槽实验和理论模型的建立与求解。首先用开有通气孔的平板模型在循环水槽中进行实验,并配合高速摄像设备记录气泡各时刻的形态。然后依据力平衡、运动学方程和量纲分析建立了气泡膨胀阶段和分离阶段的理论模型,利用四阶Runge-Kutta算法并结合初始条件进行数值求解,得到气泡在各个时刻的质心位置、倾斜角度和气泡尺寸大小。最后将数值计算结果与实验结果进行对比,结果表明两者具有良好的一致性,均方根误差为5.38%,进而证实了理论模型的可靠性