本书详细介绍了单气泡动力学、低温流体气化数值模型以及低温可视化实验研究方法，通过与水空化对比，深人阐述了低温流体球形气泡的稳定性、热效应影响下的动力学以及热力学特性。在数值方面，阐述了空化模型、湍流模型、近壁面处理方法、密度修正方法以及气液可压缩性的数理模型和离散方法，深人揭示了液氢、液氧和液氮在钝头体、三维扭曲水翼等的空化脱落特性及机理。详细介绍了透明文氏管、水翼以及渐缩渐扩管中液氮空化流的测量方法和技术。最后给出了两个专题研究：空化诱导的低温阀门流致振动机理和超声诱导的低温主动空化机理。
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“能源清洁低碳高效利用丛书”序
自序
前言
第1章 绪论 1
1.1 空化现象 1
1.2 空化分类 3
1.3 空化的影响——以水为例 5
1.4 国内外研究现状 7
1.4.1 空化数值模型 7
1.4.2 湍流模型发展 10
1.5 低温流体空化特性 13
1.5.1 热效应特性 13
1.5.2 热效应影响的理论计算 15
1.5.3 热效应影响的数值方法 22
1.6 低温流体空化实验研究 24
1.6.1 研究现状 24
1.6.2 受热效应影响的典型空化形态 28
1.6.3 类稳态空化的热力学状态 29
1.6.4 热效应对简单几何体空化区特性的影响 29
1.6.5 热效应对全尺寸高速旋转诱导轮空化的影响 31
1.7 存在的问题 32
参考文献 32
第2章 低温球形气泡动力学 39
2.1 Rayleigh-Plesset方程 39
2.2 无热效应时的气泡动力学 41
2.2.1 气泡动力学 41
2.2.2 气泡的稳定性 45
2.3 热效应对气泡生长的影响 49
2.3.1 热效应项的计算. 49
2.3.2 第一临界时间tc1 52
2.3.3 热控制气泡的生长 54
2.4 惯性控制阶段及热效应控制阶段完整阶段求解 56
2.4.1 控制方程及求解方法 56
2.4.2 模型验证 61
2.4.3 水中气泡增长连续过程分析 64
2.4.4 氮气泡增长连续过程分析 66
2.5 各向同性气泡成核过程热力学分析 68
2.6 非平衡效应 71
2.6.1 气液界面热力学非平衡 71
2.6.2 对流传热效应 71
2.6.3 非球形扰动 73
参考文献 77
第3章 低温流体空化的数值模型 79
3.1 基于均相平衡流框架和输运方程的低温流体空化数值模型 79
3.2 空化模型 80
3.2.1 完全空化模型 80
3.2.2 动态空化模型 83
3.2.3 Sauer-Schnerr空化模型 105
3.3 湍流模型的影响 111
3.3.1 大涡模拟 113
3.3.2 滤波模型修正 114
3.3.3 基于密度修正模型 116
3.3.4 边界修正模型 119
3.4 近壁面网格分辨率及近壁处理方法的影响 121
3.4.1 近壁面网格分辨率的影响 122
3.4.2 近壁处理方法的影响 124
3.5 压力-速度耦合方程 126
3.5.1 类稳态空化 126
3.5.2 非稳态空化 126
3.6 本章小结 127
参考文献 128
第4章 不同几何体低温流体空化机理分析 131
4.1 钝头体液氢空化 131
4.1.1 部分脱落模式特性和机理 135
4.1.2 完全脱落模式特性和机理 142
4.1.3 完全脱落模式和部分脱落模式之间的转变机理 148
4.2 三维平展水翼液氢空化 150
4.2.1 三维模型建立及验证 150
4.2.2 空化形态 153
4.2.3 压力频谱分析 154
4.2.4 空化非稳定性分析（区域Ⅰ） 156
4.2.5 空化非稳定性分析（区域Ⅱ） 161
4.3 三维扭曲水翼液氮空化 164
4.3.1 流场的周期性 165
4.3.2 空化区动态发展特性 166
4.3.3 涡旋强度对气泡脱落的影响 168
4.4 本章小结 170
4.4.1 钝头体液氢空化 170
4.4.2 三维平展水翼液氢空化 171
4.4.3 Twist-11N三维扭曲水翼液氮空化 171
参考文献 171
第5章 低温流体空化可视化实验研究 173
5.1 水平文氏管液氮空化实验研究 173
5.1.1 实验台及测量系统 173
5.1.2 实验结果及分析 180
5.2 垂直文氏管液氮空化实验研究 192
5.2.1 实验系统及分析方法 193
5.2.2 实验结果及分析 198
5.3 水翼表面低温流体空化可视化实验研究 211
5.3.1 实验装置介绍 211
5.3.2 实验结果分析 213
5.4 渐缩渐扩通道的液氮空化实验研究 219
5.4.1 实验台及测量系统 220
5.4.2 实验结果及分析 222
5.5 本章小结 231
5.5.1 文氏管空化 231
5.5.2 空化水翼 232
5.5.3 空化渐缩渐扩管 232
参考文献 233
第6章 空化诱导的低温阀门流致振动机理 235
6.1 几何和数值模型 236
6.1.1 几何模型 236
6.1.2 数值模型 237
6.2 流固耦合数值计算方法 237
6.2.1 动网格设置 237
6.2.2 求解方案 238
6.3 阀芯动力学模型 238
6.3.1 阀芯受力分析 238
6.3.2 阀杆有限元分析 239
6.3.3 阀芯运动程序设计 239
6.4 结果与分析 240
6.4.1 阀芯动态特性分析 240
6.4.2 空化流场分析 242
6.4.3 阀杆刚度的影响分析 248
6.4.4 阀门开度的影响分析 250
6.5 本章小结 251
参考文献 251
第7章 超声诱导的低温主动空化机理 253
7.1 超声诱导的低温流体单气泡动力学分析 253
7.1.1 Tait状态方程 253
7.1.2 质量守恒方程 254
7.1.3 欧拉方程 254
7.1.4 近声波解 255
7.1.5 基于热传导的H-T模型 256
7.1.6 模型验证及对比 258
7.1.7 计算结果分析 258
7.2 数值模拟 261
7.2.1 多相流模型 261
7.2.2 求解方案 261
7.2.3 液氮超声空化数值结果 264
7.3 液氮超声空化的可视化实验研究 277
7.3.1 实验装置 277
7.3.2 实验结果 279
7.4 本章小结 280
参考文献 281
附录1 基于动态空化模型的自定义函数 282
附录2 阀门流致振动双向耦合CFD分析UDF 285
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