哈工程深入贯彻落实党的二十大和二十届历次全会精神，持续深入贯彻落实习近平总书记视察学校重要讲话重要指示精神，为服务高水平科技自立自强贡献智慧与力量。近日，船舶学院流固耦合力学研究团队取得重要突破，研究成果《空化气泡诱导空气气泡形成射流》（Jet formation in air bubbles induced by cavitation bubbles）登上流体力学顶级期刊《流体力学杂志》（《Journal of Fluid Mechanics》）封面。论文共同第一作者为哈工程船舶学院博士研究生刘仕宇与硕士研究生汪冰琦，通讯作者为曾庆允教授。

瞬态液体射流广泛存在于自然界与工程应用中，如气泡破裂、液滴撞击液面、激光诱导空化等。以往研究多聚焦于两个空化气泡之间的相互作用，发现仅在间距极窄、相位严格匹配的苛刻条件下，才能产生高速射流。然而，自然界与工业多相流中更为普遍的场景“空气气泡与空化气泡的相互作用”，其物理机制却长期缺乏系统认知。研究团队通过理论分析、精细实验与高精度数值模拟相结合的方法，阐明了空气气泡在邻近空化泡驱动下射流形成的完整物理过程。

研究发现，根据空化气泡与空气泡之间的相对距离和两者尺寸比的不同，可诱发三种迥异的射流模式：弱射流、强射流与爆炸射流。射流的形成并非单一过程，而是分为两个清晰的加速阶段：首先，空化气泡溃灭产生的冲击波赋予空气气泡界面一个初始速度；随后，液体在弯曲界面上发生流动聚焦效应，对射流进行二次加速。这一“冲击波启动+流动聚焦放大”的双阶段机制，成功解释了高速射流的产生根源。

三种射流类型的实验（左）和模拟（右）的对比。(a) 弱射流；(b) 强射流；(c) 爆炸射流

研究为上述两个阶段分别推导出了封闭的、无可调参数的理论速度标度律。理论公式预测的射流速度与实验测量及数值模拟结果高度一致。在此基础上，团队在由间距比和尺寸比构建的参数相图中，精确绘制了三种射流模式的分布区域与转变边界。其中，爆炸射流边界由液膜破裂条件导出，强/弱射流边界由射流动能克服表面张力条件导出。这些理论边界均能精准预测不同参数下射流形态的突变。

该研究的核心创新在于，证明了相较于对相位极度敏感的空化气泡对，空气气泡作为一个稳定的弯曲界面，与空化气泡的组合为可控射流的产生提供了一个稳定性高、容错性强的工程平台。这一发现不仅深化了对多相流中气泡间相互作用动力学的理解，更为精准调控射流速度、模式及其作用效果提供了直接的理论依据与设计图谱，在水下设备空蚀防护、航行体空泡流动、水下微驱动与机器人、微流控与生物打印等领域具有广阔的应用前景。

《流体力学杂志》即《Journal of Fluid Mechanics》，是英国剑桥大学出版社旗下的流体期刊，由著名流体力学家George K. Batchelor于1956年创办，影响因子3.9。

原文链接：https://doi.org/10.1017/jfm.2026.11575