近日，流体力学权威期刊《Physics of Fluids》在线发表了题为”Diffusion-driven periodic cavitation bubbling from a Harvey-type crevice in shear flows”的研究论文。博士生李泽昊为论文的第一作者，中心主任钱忠东教授为论文的通讯作者，清华大学左志钢副研究员为共同通讯作者。
壁面微缺陷诱导水力空化是水利工程中的常见现象，这些微缺陷可能来源于过流部件的加工过程（如铸造、焊接、3D打印），也可能来源于过流部件壁面磨蚀（如泥沙磨损、空蚀、空化-泥沙联合磨蚀）形成的微型侵蚀坑，其空化初生机理仍不清晰。本研究基于喜马拉雅水电研究中心自主研发的小型暂冲式空化水洞实验系统及配套的水力空化初生实验技术，在文丘里流道壁面加工了微米级微缺陷，并控制缺陷周围的张力、溶解气含量以及近壁面剪切率，结合多尺度高速摄影方法，观测到了缺陷空化初生的基本模式——周期性空化冒泡（见图1）。空化冒泡频率对溶解气含量高度敏感，表明气体扩散在驱动周期性空化冒泡中起关键作用。基于实验观测，总结了缺陷周期性空化冒泡的物理过程（见图2），主要包含扩散驱动缺陷核生长、缺陷核失稳以及空化泡脱离。基于Harvey裂隙模型和简化的对流-扩散方程，提出了空化阈值判据以及空化冒泡频率理论表达式，两者的理论预测与实验结果具有良好的一致性。
图1 缺陷周期性空化冒泡
图2 缺陷周期性空化冒泡物理过程
该成果对于水力机械过流部件壁面微缺陷诱导的空化现象的预测和控制具有重要意义，本研究得到国家自然科学基金（52279090、52076120）等项目资助。
论文信息：Zehao Li, Zhigang Zuo, Zhongdong Qian. Diffusion-driven periodic cavitation bubbling from a Harvey-type crevice in shear flows[J]. Physics of Fluids, 2023, 35(10): 102112.
论文链接：https://doi.org/10.1063/5.0166205
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