论文摘要：旋涡流动与空泡研究

       本文研究了两种流体力学问题。第一种是双旋涡流场（类似龙卷风旋涡）。在双旋涡流场中的同一轴线上，两股旋涡绕轴线转动，在流场某处相互叠加增强旋涡涡量。本文利用双旋涡流场原理设计了可以制造强旋涡流动的旋涡模拟器。第二种是空化射流。本文利用水流空化后，空化泡在压力扰动下溃灭后增速的原理发明了一种扩张型空化射流管。使得通过该扩张管道后的流体在局部产生空化泡，空化泡周围的流体速度激增。

        本文第一部分是对双旋涡流场（类似龙卷风旋涡）的研究。自然界形成的龙卷风是在极不稳定天气下由空气强烈对流运动而产生的一种伴随着高速旋转的漏斗状云柱的强风涡旋。其中心附近风速最大可达300m/s。本文通过研读参考文献和理论分析，归纳出了形成龙卷风旋涡的3大关键要素：漏斗状，双旋涡结构，局部中心具有类真空特性。首先从基本涡动力学方程中分析旋涡中重要参数之间影响关系，对龙卷风中双旋涡流场结构的形成机理作出解释。根据分析结果设计了一种旋涡模拟器模型，利用Fluent对其内部流场进行了研究。将其与国外学者设计的龙卷风旋涡模拟器（TVS）进行比较，发现无论是涡核切向速度峰值还是旋涡中心低压值，本文设计的旋涡模拟器均优于TVS。成功提出了一种可以在实验室条件下，制造出强旋转类真空的旋涡发生器。

        本文第二部分研究了水流的空化效应。研究了在压差作用下空化泡溃灭后对空化泡后水流进行增速的物理现象。空化是由于液流系统中的局部低压( 低于相应温度下该液体的饱和蒸气压) 使液体蒸发而引起的微气泡爆发性生长现象。本文首先分析了空化泡在压差作用下溃灭后增速的可行性，并设计了一种扩张形管道。通过Fluent数值模拟得出，当流体流过扩张管道形成局部低压空化区域，在该区域后的流体速度发生了显著增加的效果。其最大增幅部位的流速增加达到3倍。最后，根据数值模拟结果进一步分析流体增速的原因，与之前的压差作用导致气泡溃灭增速的假设相互印证。