【摘 要】
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空化是中高速流体工程中常见的流动现象,也是流体力学的研究要点之一。空化气泡的坍塌会对流体环境中的结构部件进行侵蚀,从而缩短这些部件的寿命并引起事故,有必要对其流动特性和侵蚀机理进行研究。本文通过超声发生器引起的超声空化来加速侵蚀过程,缩短实验周期,并结合数值模拟的方法对超声空化的侵蚀特性进行研究,同时将其应用于超疏水表面的制备,使破坏作用产生有利影响。主要内容包括以下几点:（1）研究了气泡动力学和
【基金项目】
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国家自然科学基金项目“静电喷射微粉磨粒均布的微结构阵列原位抛光新方法与工艺研究”（项目批准号:51975204）; “基于负压吸流空穴效应的微小非球面纳米抛光”（项目批准号:51205120）
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空化是中高速流体工程中常见的流动现象,也是流体力学的研究要点之一。空化气泡的坍塌会对流体环境中的结构部件进行侵蚀,从而缩短这些部件的寿命并引起事故,有必要对其流动特性和侵蚀机理进行研究。本文通过超声发生器引起的超声空化来加速侵蚀过程,缩短实验周期,并结合数值模拟的方法对超声空化的侵蚀特性进行研究,同时将其应用于超疏水表面的制备,使破坏作用产生有利影响。主要内容包括以下几点:（1）研究了气泡动力学和超声空化机理,建立起超声空化数值模型。分析了流动过程中粘度、湍流和表面张力的影响,确定了两相模型;通过传输方程定义空化相变,通过温度项修正状态方程,添加声速配方得到超声空化模型。（2）通过Fluent软件验证了模型的准确性并阐明了空化的流动特性。对于单气泡和超声气泡群两个案例,数值结果与理论结果和实验结果匹配良好,确定了模型准确的预测能力;超声空化动力学揭示了侵蚀行为和冲击波的联系;提出了基于气泡数密度的侵蚀区域预测模型。（3）通过试验研究探明了超声空化的侵蚀机理。设计并搭建了超声空化试验平台;从表面形貌、表面粗糙度和体积损失三个方面表征了空蚀表面;讨论了空蚀损伤过程和机制;发现了边缘区域的高腐蚀率,进一步验证了数值结果;在Na Cl溶液中发现了化学腐蚀和空化机械侵蚀的高协同作用;发现了空蚀会提升表面的疏水性,促进异质成核。（4）通过空化效应在铜合金、不锈钢、泡沫铜和海绵上实现了超疏水并测试了稳定性和可修复性。探讨了物质浓度、作用时间和空化侵蚀时间对润湿性的影响;从化学成分和表面结构揭示了超疏水实现原理;在紫外线、室外、水流和腐蚀液中测试了样品表面的稳定性,发现附着的Si O2颗粒赋予表面耐久性和可修复性;新工艺被应用在泡沫铜和海绵上实现三维超疏水及油水分离。
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