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    氣泡夾帶對(duì)壁面油膜流動(dòng)特性的影響

    2022-12-19 04:47:38童寶宏張國(guó)濤胡曉磊
    關(guān)鍵詞:液膜空腔油膜

    童寶宏, 陳 武, 張國(guó)濤, 胡曉磊

    (1.安徽工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院,馬鞍山 243032;2.特種重載機(jī)器人安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,馬鞍山 243032)

    1 引 言

    含氣泡液體流動(dòng)普遍存在于自然界及工程領(lǐng)域中,如水輪機(jī)工作時(shí)造成的空化現(xiàn)象[1]、水面破碎產(chǎn)生的氣泡波浪[2]和進(jìn)行廢水處理的氣泡[3]等。已有研究表明氣泡的存在具有一定的危害性,尤其在油-氣潤(rùn)滑系統(tǒng)工作過(guò)程中。油-氣潤(rùn)滑系統(tǒng)工作時(shí),干燥壓縮空氣將微米級(jí)的油滴傳輸至潤(rùn)滑點(diǎn)形成潤(rùn)滑油膜。相關(guān)研究表明[4],在高速氣流輸送潤(rùn)滑油過(guò)程中,潤(rùn)滑油與管壁之間容易形成微氣室,氣室內(nèi)的氣體在壓力作用下破裂為許多氣泡,游離在潤(rùn)滑油膜內(nèi)的氣泡會(huì)降低油膜承載能力,破壞油膜的完整性,造成潤(rùn)滑不良并最終損壞摩擦表面[5]。因此,考察含氣泡油膜沿壁面流動(dòng)的動(dòng)態(tài)演化過(guò)程,對(duì)于深入研究油膜的潤(rùn)滑性能和查明含氣泡油膜流動(dòng)力學(xué)機(jī)制具有重要的意義。

    油膜的形成與流動(dòng)過(guò)程本身是一個(gè)復(fù)雜的非定常行為[6]。廣大學(xué)者對(duì)沿傾斜壁面上的液膜流動(dòng)特性及形態(tài)演變過(guò)程開(kāi)展了一系列研究工作,通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀測(cè)和數(shù)值模擬考察了壁面傾斜角度、壁面微結(jié)構(gòu)和雷諾數(shù)等對(duì)液膜波動(dòng)特性的影響。研究發(fā)現(xiàn),增大壁面傾斜角度和改變壁面形狀會(huì)降低液膜的穩(wěn)定性[7-9];減少入口流量會(huì)導(dǎo)致液膜出現(xiàn)溪流[10]和滴流[11]等現(xiàn)象,破壞液膜的完整性。氣流是油-氣潤(rùn)滑過(guò)程中不可缺少的組成,已有研究采用數(shù)值模擬方法深入考察了氣流對(duì)液膜厚度及流動(dòng)速度的影響。結(jié)果表明,逆向氣流趨向于降低和平坦化區(qū)域中的液體速度,同向氣流減薄液膜厚度[12-14]。

    在油膜實(shí)際流動(dòng)過(guò)程中,氣泡的形成、破裂及射流總是伴隨著與周圍流體強(qiáng)烈的耦合作用[15-18]。對(duì)氣泡靠近自由液面運(yùn)動(dòng)的研究發(fā)現(xiàn),初始?xì)馀輭毫臀恢脤?duì)自由液面的形態(tài)及破裂形式具有不同程度的影響[19,20]。氣泡破裂過(guò)程會(huì)改變周圍流體的流動(dòng)形式,氣泡周圍流體的壓力分布也更為復(fù)雜。相關(guān)學(xué)者對(duì)液體中氣泡破裂過(guò)程產(chǎn)生的壓力變化開(kāi)展研究,研究結(jié)果表明,氣泡初始位置影響了壁面壓力大小和壓力作用范圍[18]。

    國(guó)內(nèi)外學(xué)者已對(duì)液膜流動(dòng)行為進(jìn)行了系統(tǒng)且深入的研究,并對(duì)液膜的流動(dòng)速度、形態(tài)、厚度及不同物理量對(duì)其影響進(jìn)行相應(yīng)考察,取得了豐富的研究成果,但涉及含氣泡油膜流動(dòng)的動(dòng)態(tài)行為研究鮮有報(bào)道。因此,為了深入探究氣泡夾帶影響下潤(rùn)滑油膜的動(dòng)態(tài)演化過(guò)程及內(nèi)在流動(dòng)機(jī)理,本文采用VOF方法對(duì)建立的含氣泡油膜沿傾斜壁面流動(dòng)的模型進(jìn)行三維數(shù)值仿真模擬,考察氣泡及其破裂行為對(duì)油膜的形態(tài)和流動(dòng)特性的影響,進(jìn)一步查明含氣泡潤(rùn)滑油膜流動(dòng)的內(nèi)在機(jī)理。

    2 數(shù)值方法及計(jì)算域

    2.1 控制方程

    傾斜壁面上含氣泡油膜流動(dòng)是典型的氣液兩相流現(xiàn)象,自由液面的形狀一般不是規(guī)整的幾何面,且含氣泡油膜流動(dòng)過(guò)程中,其相界面的位置隨著空間和時(shí)間不斷發(fā)生變化。而求解此類問(wèn)題的關(guān)鍵在于如何將相界面進(jìn)行離散化,以及如何精確追蹤相界面隨時(shí)間的變化。目前流體體積法VOF(volume of fluid)廣泛應(yīng)用到追蹤自由相界面的數(shù)值模擬中。關(guān)于VOF模型計(jì)算的控制方程為

    連續(xù)性方程

    (1)

    (2)

    VOF方法框架中,在網(wǎng)格上定義了一個(gè)額外的場(chǎng)變量,即體積分?jǐn)?shù)函數(shù)γ(x,y,z),為了指示每一個(gè)計(jì)算單元內(nèi)一種流體的體積分?jǐn)?shù),取值范圍在0~1。當(dāng)函數(shù)值為1時(shí),表示計(jì)算單元內(nèi)僅有一種流體填充,γ為0時(shí),則由另一種流體填充,介于0~1時(shí),表示相界面必須穿過(guò)該單元。體積分?jǐn)?shù)方程為

    ?γ/?t+·(υγ)=0

    (3)

    在目標(biāo)域中任意點(diǎn)的流體密度和粘度為兩種流體體積分?jǐn)?shù)的加權(quán)平均值,即

    (4,5)

    本文同時(shí)考慮到氣相剪切力和表面張力的影響,在數(shù)值計(jì)算求解過(guò)程中將氣相剪切力和表面張力合并成同一個(gè)動(dòng)量源相添加到動(dòng)量方程中,即

    (6)

    式中σ為表面張力系數(shù),ki為界面曲率。

    固液之間因表面張力而產(chǎn)生的力為壁面粘附力,CSF模型中[21],對(duì)這種力的處理方法不是通過(guò)設(shè)置壁面處的邊界條件,而是直接將其并入到表面張力動(dòng)量源相中,此時(shí)表面法向量為

    (7)

    2.2 計(jì)算方法可行性驗(yàn)證

    為檢驗(yàn)VOF方法模擬含氣泡油膜沿壁面流動(dòng)的可行性,根據(jù)文獻(xiàn)[22]的實(shí)驗(yàn)方法和物性參數(shù),建立無(wú)氣泡液膜沿壁面流動(dòng)的三維模型。圖1為物理模型和邊界條件。考慮到液膜沿傾斜壁面流動(dòng)呈明顯的對(duì)稱性,本文計(jì)算時(shí)僅建立了1/2模型,對(duì)稱軸為y=0的xoz平面,并將其設(shè)置為對(duì)稱邊界條件,模型與水平面夾角固定在45°,采用無(wú)滑移壁面邊界條件,油液從進(jìn)口流入,出口流出,液相入口設(shè)定為速度入口邊界條件。

    圖1 幾何模型及邊界條件

    本文選取文獻(xiàn)[22]的部分工況進(jìn)行CFD計(jì)算,表1為根據(jù)文獻(xiàn)[22]的液膜參數(shù)而采用的數(shù)值參數(shù)。

    表1 數(shù)值模擬中液膜物理參數(shù)

    表1中液膜Re計(jì)算公式為

    Re=4Q/(bυ)

    (8)

    式中Q為體積流量(m3/s),b為板寬(m),υ為運(yùn)動(dòng)粘度(m2/s)。

    數(shù)值計(jì)算時(shí),采用有限體積法對(duì)控制方程進(jìn)行離散,壓力速度耦合的求解選用PISO方法,壓力求解采用PRESTO!方法,氣液界面插值選取幾何重構(gòu)方法,動(dòng)量求解選擇二階迎風(fēng)格式。為了獲得更好的收斂性,使用10-5s~10-4s的可變時(shí)間步長(zhǎng)和恒定全局庫(kù)朗數(shù)0.25進(jìn)行瞬態(tài)模擬。收斂標(biāo)準(zhǔn)是絕對(duì)殘差,監(jiān)控的變量是出入口液相質(zhì)量流量和,殘差波動(dòng)在不同的時(shí)間步之間沒(méi)有明顯變化且出入口液相質(zhì)量流量之和小于10-4kg/s時(shí),表示計(jì)算達(dá)到準(zhǔn)穩(wěn)態(tài),此時(shí)計(jì)算模擬停止。

    取數(shù)值模型中部分區(qū)域作為研究區(qū)域,將數(shù)值計(jì)算出的液膜平均厚度δs與文獻(xiàn)[22]實(shí)驗(yàn)測(cè)量的平均膜厚δe對(duì)比。表2為對(duì)比結(jié)果。模擬結(jié)果和試驗(yàn)之間的相對(duì)誤差為

    δ=(δe-δs)/δe×100%

    (9)

    表2 平均膜厚

    由表2可知,平均液膜厚度隨著Re數(shù)增加而增加,數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的吻合性較好,這一規(guī)律與文獻(xiàn)[22-23]描述的液膜厚度與Re之間的變化規(guī)律相同。 由表2可知,雷諾數(shù)在107附近時(shí),數(shù)值結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)誤差最小,Re為15,24和202時(shí),數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值的相對(duì)誤差大于6%,其原因可能是模擬條件和試驗(yàn)條件之間存在細(xì)微差別,此外,文獻(xiàn)[22]也指出,通過(guò)測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算出的入口流量Qave與實(shí)際入口流量Q之間有著0.02 LPM~0.3 LPM的誤差,進(jìn)而導(dǎo)致數(shù)值模擬時(shí)設(shè)置的入口流速存在一定的偏差。總體來(lái)看,VOF方法能較為準(zhǔn)確地模擬無(wú)氣泡油膜沿壁面流動(dòng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程,在此基礎(chǔ)上,本文將采用VOF方法進(jìn)一步數(shù)值模擬含氣泡油膜沿傾斜壁面流動(dòng)的動(dòng)態(tài)行為。

    2.3 參數(shù)選擇及模型確定

    圖2 流動(dòng)油膜添加氣泡

    2.4 網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證

    為精確捕捉流動(dòng)油膜的氣-液界面變化和提高計(jì)算效率,對(duì)氣泡附近區(qū)域網(wǎng)格進(jìn)行無(wú)關(guān)性討論。網(wǎng)格劃分過(guò)程中,采用六面體結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分整個(gè)計(jì)算域,然后對(duì)氣泡及其周圍區(qū)域進(jìn)行局部加密,網(wǎng)格最小尺寸分別為0.07 mm,0.06 mm,0.05 mm,0.04 mm和0.03 mm。定義氣泡剛添加到油膜內(nèi)為初始時(shí)刻,即t=0 ms。氣泡貫穿整個(gè)油膜流動(dòng)過(guò)程,其直徑變化在模擬過(guò)程中能夠直觀體現(xiàn),此外氣泡直徑也能反映氣泡的氣-液界面變化過(guò)程,因此可以用不同網(wǎng)格尺寸下氣泡直徑來(lái)表明網(wǎng)格質(zhì)量。

    圖3給出了氣泡破裂前,不同網(wǎng)格尺寸下沿板寬(y)方向xoz平面上氣泡最大直徑d隨時(shí)間的變化情況。

    圖3 不同網(wǎng)格尺寸下氣泡最大直徑變化對(duì)比(y =0 mm)

    可以看出,網(wǎng)格尺寸不同,氣泡最大直徑的變化規(guī)律基本相似。網(wǎng)格尺寸對(duì)氣泡破裂時(shí)間有顯著影響,其中網(wǎng)格尺寸為0.07 mm和0.06 mm的最大直徑和破裂時(shí)間與網(wǎng)格尺寸0.04 mm和 0.03 mm 相比存在較大差距。而網(wǎng)格尺寸為0.04 mm和0.03 mm氣泡的最大直徑隨時(shí)間變化基本相同,且破裂時(shí)間也非常接近??傮w來(lái)看,為保證數(shù)值計(jì)算結(jié)果具有參考意義的同時(shí)考慮計(jì)算效率,本文選擇最小網(wǎng)格尺寸為0.04 mm的網(wǎng)格對(duì)氣泡流動(dòng)區(qū)域的油膜進(jìn)行劃分。

    3 結(jié)果與討論

    數(shù)值研究過(guò)程中,將氣泡中心設(shè)置在沿油膜流動(dòng)方向x=8 mm、板寬方向y=0 mm及垂直于壁面方向z=0.9 mm,此時(shí)氣泡中心與液膜表面距離為0.93 mm。

    3.1 含氣泡油膜流動(dòng)形態(tài)分析

    圖4展示了含氣泡油膜流動(dòng)過(guò)程中油膜形態(tài)的演化過(guò)程。初始時(shí)刻,氣泡與流體之間的相對(duì)速度為零。氣泡受粘性剪切力及自身浮力的作用,沿著壁面向下游運(yùn)動(dòng),同時(shí)產(chǎn)生遠(yuǎn)離壁面的上浮運(yùn)動(dòng)。油膜受氣泡上浮作用影響,在氣泡上游的油膜表面出現(xiàn)液面隆起現(xiàn)象。隨后氣泡與油膜表面接觸發(fā)生破裂,氣泡破裂后,在油膜中形成空腔,空腔在表面張力和浮力作用下逐漸減小,直至形成射流。這與文獻(xiàn)[16,25]描述的現(xiàn)象一致,也進(jìn)一步證明了本文數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性。

    圖4 含氣泡油膜形態(tài)演化

    圖5展示了t=10 ms時(shí)有無(wú)氣泡夾帶油膜流動(dòng)過(guò)程中氣液界面高度對(duì)比。氣泡的運(yùn)動(dòng)和形變誘發(fā)油膜的氣液界面發(fā)生不同幅度的波動(dòng),在氣泡上游區(qū)域油膜的氣液界面波動(dòng)幅度明顯大于下游,另外,氣泡上游油膜氣液界面有外凸趨勢(shì),界面高度增加了0.042 mm,出現(xiàn)波峰;氣泡下游油膜氣液界面有內(nèi)凹趨勢(shì),界面高度減小了0.012 mm,出現(xiàn)波谷。

    圖5 油膜流動(dòng)過(guò)程的氣液界面(t =10 ms)

    為進(jìn)一步分析氣泡存在對(duì)油膜形態(tài)帶來(lái)的影響規(guī)律,本文統(tǒng)計(jì)了氣泡破裂前氣泡上游油膜氣液界面峰值A(chǔ)隨時(shí)間的變化。如圖6所示,縱坐標(biāo)(A-H1)代表不同時(shí)刻含氣泡油膜上游氣液界面峰值與初始油膜氣液界面的差值。隨著氣泡在油膜內(nèi)部發(fā)生形變與遷移,氣泡受到周圍流體的粘性剪切力作用;與此同時(shí),氣泡對(duì)周圍流體也具有相同的反作用力,使得氣泡上游油膜的氣液界面產(chǎn)生波動(dòng),油膜氣液界面峰值開(kāi)始逐漸增加;在t=12.5 ms時(shí),有無(wú)氣泡油膜氣液界面差值達(dá)到最大值0.048 mm;t>12.5 ms后,氣液界面差值沒(méi)有發(fā)生顯著變化,而是處于一定幅值范圍內(nèi)的細(xì)微波動(dòng)狀態(tài),直至氣泡發(fā)生破裂,這主要是因?yàn)槁∑鸬挠湍な鼙砻鎻埩椭亓ψ饔眯枰3衷械男螒B(tài)。

    圖6 油膜氣液界面峰值隨時(shí)間變化

    3.2 氣泡對(duì)油膜流動(dòng)速度的影響

    油膜流動(dòng)表速度和油膜內(nèi)速度是反映油膜形成速率和傳熱特性的兩個(gè)重要參數(shù)。圖7展示了有無(wú)氣泡夾帶時(shí)油膜表速度分布,其中區(qū)域I-III分別表示氣泡的上游、頂部和下游的油膜??梢钥闯觯瑲馀萼徲騼?nèi)的油膜流動(dòng)表速度受氣泡影響產(chǎn)生擾動(dòng),在不同區(qū)域內(nèi)存在速度梯度分布,這主要是因?yàn)殡S著氣泡向下游運(yùn)動(dòng),油膜與氣泡之間存在速度差,致使流動(dòng)油膜受到氣泡表面粘性阻力作用,阻礙了氣泡周圍流體的運(yùn)動(dòng)。在I-III區(qū)域中,氣泡對(duì)區(qū)域III內(nèi)的油膜流動(dòng)速度阻礙程度最大,速度峰值減小了0.021 m/s;區(qū)域I內(nèi)的油膜阻礙程度次之,速度峰值減小了0.018 m/s;區(qū)域Ⅱ內(nèi)的油膜流動(dòng)速度阻礙作用最小,尤其靠近氣泡中心位置,其影響程度最小。以上分析說(shuō)明氣泡的存在能夠延遲油膜表面流動(dòng)時(shí)間,不利于摩擦表面潤(rùn)滑油膜快速形成。

    圖7 含氣泡油膜表速度分布(y =10 mm,t =18.7 ms)

    圖8展示了油膜內(nèi)某點(diǎn)速度隨時(shí)間變化曲線,可以看出,當(dāng)6.5 ms

    圖8 含氣泡油膜內(nèi)某點(diǎn)速度時(shí)變曲線(x =17.5 mm,y =0 mm,z =1.65 mm)

    圖9展示了t=18.7 ms時(shí),沿流動(dòng)方向上、區(qū)域I-III有無(wú)氣泡夾帶時(shí)油膜流動(dòng)各方向的速度分布情況??梢钥闯?,區(qū)域I-III油膜減小的表速度主要體現(xiàn)在方向x和方向z的速度Vx和Vz,根據(jù)3.1節(jié)所述,油膜中夾帶的氣泡因其上浮運(yùn)動(dòng)誘發(fā)油膜表面出現(xiàn)隆起現(xiàn)象,受粘性剪切力作用致使油膜流動(dòng)受阻,原本沿方向x和方向z的速度減小。氣泡阻礙的油膜因氣泡上浮運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生方向z的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì),導(dǎo)致氣泡周圍的油膜表面高于遠(yuǎn)處油膜,流經(jīng)氣泡附近的流體發(fā)生分流現(xiàn)象,引起沿板寬(y)方向的分速度,沿板寬(y)方向的速度Vy略有增加,這也進(jìn)一步解釋了3.1節(jié)所提到的,氣泡上游油膜的氣液界面峰值在增加到最大值后沒(méi)有繼續(xù)增加的原因。

    圖9 含氣泡油膜表面不同方向速度(y =10 mm,t =18.7 ms)

    3.3 氣泡破裂階段對(duì)油膜壓力的影響

    氣泡在壁面附近破裂時(shí),會(huì)引起周圍流體產(chǎn)生復(fù)雜的物理現(xiàn)象,這將影響著油膜的潤(rùn)滑性能。圖10 展示了氣泡破裂過(guò)程油膜壓力分布云圖,其中黑色曲線為氣液相界面曲線。氣泡發(fā)生破裂后,油膜中的空腔在表面張力和浮力作用下逐漸減小,直至形成射流。從圖10(a,b)可以看出,在氣泡破裂前期,氣泡內(nèi)部壓力由原來(lái)的69.8 Pa減少到4.3 Pa,氣體迅速釋放,氣泡空腔體積快速減小,空腔外圍流體隨著空腔壁向中心運(yùn)動(dòng),但外圍流體由于慣性不易迅速跟上,致使在其鄰域形成負(fù)壓區(qū)域[26],負(fù)壓最小值為-48.5 Pa。隨后空腔受慣性效應(yīng)減弱,空腔體積收縮速度放緩,如圖10(c)所示,空腔下方的負(fù)壓區(qū)域也進(jìn)一步縮小,而負(fù)壓區(qū)域主要集中在空腔下游,上下游油膜壓力差值為38.5 Pa,這主要是由于空腔上下游非對(duì)稱性流動(dòng)引起的,空腔上游流體運(yùn)動(dòng)方向與空腔收縮速度方向相同,空腔下游流體則相反。在氣泡破裂后期,如圖10(d)所示,t=32.3 ms時(shí),空腔底部寬度基本消失,空腔類似倒置的圓錐狀,此時(shí)空腔上下游流體向空腔底部聚集,空腔底部流體形成局部高壓區(qū)域,該高壓區(qū)域也是空腔形成射流的主要原因。

    圖10 氣泡破裂過(guò)程油膜壓力分布

    為定量描述氣泡破裂階段對(duì)油膜壓力的影響情況,選取氣泡下方壁面壓力來(lái)間接分析油膜壓力變化規(guī)律。圖11展示了含氣泡油膜破裂過(guò)程中氣泡下方壁面壓力分布,其中壓力正負(fù)號(hào)代表壁面所受壓力方向(壓力值為負(fù),代表壁面受z軸正方向的力)。t=30.4 ms時(shí),氣泡為未發(fā)生破裂壁面壓力分布;t=30.7 ms時(shí),空腔底部壁面形成一個(gè)負(fù)壓區(qū);t=30.9 ms時(shí),區(qū)域負(fù)壓值繼續(xù)增大,出現(xiàn)第一個(gè)壓力峰值,數(shù)值為-30.8 Pa;t=31.8 ms時(shí),壁面壓力減小;t=31.9 ms時(shí),壁面呈現(xiàn)正負(fù)壓同時(shí)存在的現(xiàn)象;t=32 ms時(shí),與圖11(e)中壁面壓力相比,壁面處的壓力有所增加,壁面所受負(fù)壓力全部消失;t=32.3 ms時(shí),壁面壓力出現(xiàn)第二個(gè)壓力峰值,數(shù)值為 60.3 Pa,這表明氣泡破裂過(guò)程可能對(duì)摩擦表面造成損害;t=32.7 ms時(shí),隨著空腔射流演化,壁面壓力值逐漸降低。

    圖11 氣泡破裂過(guò)程壁面壓力分布

    圖12展示了氣泡破裂過(guò)程壁面上一點(diǎn)的壓力隨時(shí)間變化曲線。氣泡發(fā)生破裂后,氣泡空腔快速收縮引起壁面出現(xiàn)第一個(gè)壓力峰值,而后,壁面壓力隨收縮速度放緩而減小;第二個(gè)壓力峰值是由空腔射流沖擊引起的。兩個(gè)壓力峰值作用方向相反,壁面經(jīng)歷正負(fù)壓力交替的變化過(guò)程,由此形成對(duì)壁面沖擊載荷。

    圖12 氣泡破裂階段壁面壓力時(shí)變曲線(x =22.7 mm,y =0 mm,z =0 mm)

    4 結(jié) 論

    本文基于VOF數(shù)值方法,建立了含氣泡油膜沿傾斜壁面流動(dòng)的三維兩相計(jì)算流體力學(xué)模型,考察了含氣泡油膜沿傾斜壁面的流動(dòng)特性,并對(duì)比分析了油膜中夾帶的氣泡對(duì)其影響情況,得到如下結(jié)論。

    (1) 氣泡夾帶行為引發(fā)氣泡上游油膜的氣液界面產(chǎn)生外凸趨勢(shì),下游油膜產(chǎn)生內(nèi)凹趨勢(shì),隨著氣泡運(yùn)動(dòng)演化,氣液界面波動(dòng)幅度(A-Hl)明顯增加。

    (2) 油膜夾帶氣泡的形變和遷移誘發(fā)氣泡周圍微流場(chǎng)的速度擾動(dòng)現(xiàn)象,導(dǎo)致氣液界面處產(chǎn)生非均勻速度梯度分布。氣泡抑制了鄰域內(nèi)油膜沿流動(dòng)方向和垂直壁面方向的流動(dòng)速度,引發(fā)了沿板寬方向上的表速度及波動(dòng)。

    (3) 氣泡破裂時(shí),油膜空腔鄰域內(nèi)流體產(chǎn)生正負(fù)壓力交替的波動(dòng)過(guò)程。在破裂初期,受慣性效應(yīng)影響,空腔周圍的油膜形成負(fù)壓區(qū)域,隨空腔收縮速度放緩和射流形成,油膜逐漸由負(fù)壓轉(zhuǎn)向正壓。空腔射流的形成將產(chǎn)生比氣泡破裂初期更強(qiáng)的壁面壓力沖擊,壁面承受一定的交變載荷作用。

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