空化是超声技术应用于各个领域发挥其作用的核心效应,声空化机制是声化学的主动力。在超声正负交变声压下,液体介质中的微泡成长、压缩至溃破的过程中,会形成局部的高温高压、强烈的冲击波和高时速射流,使得介质能产生各种物理、化学和生物效应,如乳化、离散、凝聚等,这样的条件为一些化学反应开启了新通道,从而很好的应用于石油领域。

介绍了一种不含任何有毒、污染环境的促进剂的碳钢表面超声波常温磷化工艺。探讨了超声波、及在超声波作用下磷化工艺参数，如温度、时间和pH值对所得磷化膜外观、膜重和耐蚀性的影响。结果表明：在超声波作用下，磷化液不加任何促进剂也能在碳钢表面实现常温磷化，而且所得磷化膜层均匀、致密，呈灰色；磷化膜层耐硫酸铜点滴时间可达到50～120S，在3％NaCl溶液中产生锈蚀点的时间为4h；磷化膜层与漆膜结合力好。

为降低带式输送机液黏耦合器的空化效应,建立气液耦合CFD模型,对内部瞬态流场进行分析与优化。采用VOF模型和Level Set模型匹配的方式实现气相、液相以及交界面的模拟,在SST、 IDDES、SBES和DLES等尺度模型下校验Singhal空化模型的计算精度,得出气泡演变特性、轴向空化特性和流场速度的变化规律。基于DOE方法建立涡轮叶片的优化数学模型,在确保流场压力峰值的前提下,最大限度地减小气泡体积。结果表明,优化后流场压力峰值提升了22.6%,对应的气泡体积降低了29.6%,优化效果显著。

为了提高水平轴潮流能水轮机叶片翼型空化性能,提出一种基于粒子群算法(PSO)的翼型性能多目标优化方法,主要针对较大攻角下翼型表面压力系数最小值;同时为保证翼型水动力性能,以翼型压力系数最小值及升力系数等建立多目标优化函数.通过程序调用XFoil对优化翼型水动力性能进行过程分析,替代计算流体动力学(CFD)分析,节省优化时间.采用此方法对NACA63-815翼型进行优化并采用CFD方法重点研究2个攻角工况下优化翼型与原翼型在3个空化数(1.0、1.5和2.0)下的空泡分布对比.结果表明,优化翼型在6.8°和10.8°攻角下压力系数最小值分别提升了17.0%和45.8%,最大升阻比提高了6.0%和61.1%.翼型的空化初生及全空化性能均得到明显提升,水动力性能也得到了提升,验证了此优化方法的可行性.

为探究超声辅助抛光的作用机理,利用FLUENT非稳态动网格湍流和离散相模型并结合mixture的空化模块,仿真分析不同超声振动参数对流场绝对压强、流速和气含率分布的影响以及各参数间存在的相互作用规律.仿真结果表明：超声空化作用主要集中在试件正下方的小范围区域内,即试件的有效加工区域,进而可以确定流场所需最小膜厚;流场绝对压强、速度等参数一个周期内出现两次峰值,周期内气泡长大后受压溃灭过程分为两个阶段,表明超声振动下流场存在二次空化现象,二次空化在抛光过程中强化了空蚀效应;周期变化过程中,流场同一位置的不同参量、同一参量在不同位置与超声的周期性振动间均存在不同程度的滞后现象;超声振动使流体内产生超声纵波,遇到抛光盘发生反射并伴随半波损失;膜厚足够大时,则会形成驻波,试件表面处振幅最大,有利于提高超声辅

采用数值计算的方法对U型节流阀内部流场进行了研究,分析了不同节流槽深度对节流阀内部油液压力场、速度场及空化区域的影响.研究结果表明：流道内压力较大区域位于上游流道,压力较小区域位于下游流道;U型节流槽是压力及速度突变区,在节流槽出口处出现压力骤降并在节流阀口处形成高速射流;在相同工况下,随着节流槽深度的增加,槽内流量增多,迫使油液急速流过节流口,从而造成射流方向发生改变,且高速射流的角度呈现不断减小的趋势,但是油液最大流速逐渐增大.节流槽出口靠近阀腔壁面处产生空化,且随着槽口深度加深时,节流槽内部压力恢复变慢,空化区域的面积逐渐增大,且径向截面空化较强的区域逐渐向节流槽中心扩展.因此,合理地控制U形节流槽的深度或增加节流槽内部阻力,可以有效地抑制空化发生.

基于有限元软件ANSYSCFX对水润滑滑动轴承进行流固耦合分析,研究空化作用对水润滑滑动轴承水膜的影响,得到了水膜周向和轴向的压力分布以及轴瓦的弹性变形分布,进-步分析了轴瓦材料弹性模量、偏心率、转速对水膜压强分布以及对轴瓦弹性变形的影响规律.结果表明：计入轴瓦的弹性变形后,水膜的最大压强减小,水膜压力分布更加均勾;水膜最大压强随着偏心率、弹性模量、转速的增大而增大,而轴承弹性变形随着偏心率、转速的提高而增大,随着弹性模量的增大而减小;相同条件下,随着弹性模量的增大,水膜发生空化的位置提前.

液膜中空化的产生会影响密封润滑性能。基于质量守恒的JFO空化边界条件,建立螺旋槽液膜密封数学模型,采用流线迎风有限元法求解Reynolds控制方程,获得端面空化分布,并通过可视化试验进行了验证。以空化临界转速和临界压力为表征,分析了螺旋槽结构参数对空化特性的影响。结果表明螺旋槽内空化区域呈机翼截面型,且随着转速的增加而变大,随着内径压力的增加而减小,空化周向最大长度位于近槽根处;空化临界转速随着槽数、槽深的增加而增加,随着螺旋角、槽长坝长比、槽台宽比的增加而减小;空化临界压力随各结构参数的变化趋势与空化临界转速相反。通过对各结构参数的合理选择,可实现对空化的有效控制。