研究空化冲击波效应对于功率超声加工具有重要意义。为揭示功率超声加工参数与冲击波压强之间的关系,考虑声压在空泡压缩过程中的作用,建立冲击波压强模型。通过试验与数值方法,对超声声压在功率超声加工中的作用以及功率超声加工参数对冲击波压强的影响进行分析。在此基础上,对空泡在被加工固体表面附近球形溃灭产生的冲击波进行分析,结果表明超声声压通过改变空泡的运动来影响冲击波压强的大小;冲击波压强最大值随着声压幅值的增加而增加,随着超声频率、润滑液表面张力系数的增加而减小;冲击波经过衰减后,作用于固体表面的压强仍然可以达到吉帕级以上。

针对柴油机气缸套在工作过程中因冷却液的空化发生空蚀现象,文中在对单缸冷却水套进行空化流动数值模拟的基础上,结合近壁面多空泡溃灭过程的仿真,从宏观和介观上研究了柴油机气缸套的空化现象和空蚀机理.首先,基于单缸冷却水套的模拟发现,缸套壁面的振动导致冷却液发生空化现象,生成大量空化气泡.然后,模拟了近壁面空泡的溃灭过程,并分析了空泡间距、空泡数量等因素对多空泡溃灭的影响.结果表明空泡间距越小,溃灭时间越长,当泡心间距从0.050 mm减小至0.025 mm时,近壁面空泡的溃灭压力增大49.82%,产生的微射流速度增大10.56%;增加空泡数量,溃灭压力呈先增后减的趋势,当空泡数量由2个增至10个,微射流的速度增大44.93%.研究表明,空泡溃灭产生的微射流具有较高的水锤压力,该压力作用于缸套壁面,造成腐蚀破坏,是缸套发生空蚀的根本原因.

空化空泡发育与溃灭的计算是研究空化水射流的一个重点和难点.对比分析了空泡运动方程即Rayleigh-Plesset方程的不同数值解法,并针对固定时间步长的缺点,提出了变步长法解Rayleigh-Plesset方程的思路.通过优化系数λ=Ri/Ri-1,得出如下分析结果：在空泡内外压力变化的不同情况下,变步长法均优于固定步长法且没有奇异点.变步长法在节约计算量,保证结果精度等方面都有较好表现,该方法为研究空化水射流提供新的思路和算法.

为了分析回转体头部空化噪声特性,利用高速水洞实验室对实验测得的回转体圆头头体、平头头体模型空化噪声的谱特性进行了测量.测量结果表明:在空化形态不变的条件下,空化噪声宽带谱级将随空泡数的减小而单调增加;随着空化的发展,其空化噪声谱的低频段升高,而高频段的噪声则相对下降;在空泡数基本相同的条件下,模型空化噪声的宽带谱级和谱形基本相同.

在水洞实验中,由于光线在空气、水和观察窗面板中发生折射,准确实验图像的获取一直是一个难题.本文在大量水洞实验图象测量经验积累的基础上,以水洞模型超空化实验中的超空泡外形测量为例,提出了一种基于计算机图形学的水洞实验图像测量与处理的三步法.该方法不仅可对水洞实验中所拍摄的图像进行修正,消除因不同介质引起的折射误差,而且把图像数据化,可利用计算机对图形自动进行定量处理.经多次应用表明,图像测量与处理的三步法应用方便,具有较高的精度,取得了很好的应用效果.

空蚀损伤是在液压系统中广泛存在的失效形式，研究空泡渍灭过程中产生的物理、化学效应向固壁的传递和作用过程，以及壁面材料的响应及失效过程，对提高设备的抗空蚀性能及优化设计，具有重要的意义。该文重点对空泡溃灭的数值模拟、试验研究及作用机制进行阐述，在对文献进行归纳总结的基础上，指出针对空泡群溃灭的空间效应和时间效应，进行多种机制的非线性耦合作用研究，基于流固耦合思想的材料损伤动态过程研究，材料局部损伤导致的自催化效应研究以及广泛条件下空蚀临界特性表征及预测方法研究，将是未来重要的发展方向。