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烧水的时，壶里会传出“吱吱”的声音，这种声音随着温度升高越来越大，沸腾时却戛然而止。 中国》的重点提示专栏，评述了浙大机械系邹俊、吉晨、袁宝刚、阮晓东、傅新在国际著名期刊《物理评论E》上发表的关于气泡溃灭的研究论文。这是目前列入《自然·中国》2013年中国物理领域研究亮点的16篇论文之一。课题组负责人傅新教授说，这篇论文，是他们一项持续了10多年的研究中的一个“小发现”，也是用基础研究来解决工程应用问题的探索。 烧水的时候，壶里会传出“吱吱”的声音，这种声音随着温度升高越来越大，沸腾时却戛然而止。这一常见的从“无声”到“有声”再到“无声”的现象，是由于气泡在一个变化的温度场中活动产生的。 类似的现象也会出现在机电装备常用的液压系统中，却包含着比烧水更为复杂而深奥的“秘密”。浙江大学机械系傅新教授课题组有一项持续了近13年的研究，与液体中的“气泡”有关，也与“噪声”有关。 小气泡引发的大麻烦
傅新的“老本行”，是研究液压元件中的流动现象，为元件设计提供依据，让它们更加稳定、高效和长寿。六七年的工程研究下来，课题组注意到：“捣蛋”的不光是复杂的流动，更主要是裹挟在液体介质中的那些“不期而至”的气泡。专业上，它们称为“群空泡”。 “空泡多了，会带来很多麻烦事”。傅新说，在液压系统中，泵、马达、液压阀等的内部结构非常复杂，常常有突扩和突缩的流道，压差和温差又非常大，这样给空泡的产生创造了条件。“很多的空泡溃灭时，会产生很大的噪声，成为液压元件中的主要噪声源之一。”同时，看似“柔弱”的空泡接触元件壁面时，会产生“杀伤力”很大的微射流，许多个这样的空泡在近壁面溃灭，时间长了，再坚硬的固体表面也“吃不消”，表面会有微小的坑坑洼洼，像被腐蚀过一样，人称“气蚀”，在液压系统中非常常见。 “怎样控制和减少空化的现象，是我们面对的一个重要课题。”傅新说。 把脉“气泡” 遇到问题，先要找到解决的方法。在这场“持久战”中，课题组动用了“看、听、测、算”的手段，“把脉”这些难以琢磨的“气泡”。 为了“看”明白流动的细节，弄清气泡到底怎样在“捣鬼”，实验室添置了价值70多万的高速摄影机；“听”，就是用传感器去代替人的耳朵，从“噪声”的频谱特征中，去分析空化的程度和空泡的尺度；为了搞清楚压力梯度对空化和噪声的影响，课题组还发明了一套装置去“测”阀口局部的压力分布；另外，还通过仿真计“算”，模拟阀口流动的现象。 “在不同结构的液压阀中，我们看到了群空泡不同的形成过程。比如：在U形阀口，流体会形成两个对称的漩涡，诱发大尺度的空穴，这是一个新的发现。”傅新说。他们进一步发现，这种大尺度的“空穴”会抑制气泡的产生，“因为‘空穴’占据了局部的低压空间，空化的初生受到抑制。这给我们在空化控制方面提供了启示，我们在设计阀口时，就要有利于在阀口局部形成大尺度的‘空穴’。” “听”到结果也很有意思。传统的观点认为，气泡多了，噪声就会大一些，但实验的结果则不然，压力梯度实际是个关键的因素；同样有大量气泡，V形阀口比U形口噪声要大，还有啸叫声。事实上，“噪声”的形成，气泡只是一个必要条件，还需要一个充分条件：气泡必须经过变化的压力场或者温度场。 “烧水时，壶里传出来的声音，就是气泡经过变化的温度场引起的，同样，当气泡流经剧烈变化的阀口压力场的时候，当然会产生强烈的噪声。”傅新说，“所以，如果能把压力场的变化控制到很低，噪声也就会降下来。” 平息“气泡” 傅新说，现在已经找到了一些抑制空化和降低噪声的方法。比如，利用漩涡对空化的调制作用，通过阀口结构的设计，形成稳定的空穴，这样气泡会聚集起来，看起来气泡很大，但是噪声是低的；另外一个做法，降低液压介质中的气体含量，用漩涡聚集气体，将其排出…… “有意思的是，这件事情一开始是为了解决液压系统的工程应用问题。但是我们发现如果脱离了基础研究，对问题的认识和解决都不会彻底。”傅新说，接下来，这项研究还会持续很长时间，“现在我们正在试验一套‘无’空化液压系统，希望能把气泡根除掉，这个尝试如果能奏效，对未来液压元件的设计，会产生很大的影响。”
http://tech.ifeng.com/discovery/ ... 0.shtml#_tansuo_wen
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