编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第PAGE27页共NUMPAGES27页第PAGE\*MERGEFORMAT27页共NUMPAGES\*MERGEFORMAT27页第四章叶片式流体机械的空化与空蚀§4.1流体机械的空化与空蚀机理空化及空蚀的机理：空化及空蚀是以液体为介质的叶片式流体机械，即水力机械才有可能出现的一种物理现象。空化现象：沸腾：液体在恒定压力下加热，当液体温度升高至某一温度，液体开始气化形成气泡，这叫沸腾。当温度一定，压力降低到某一临界压力，也会气化。当P<Pv，开始气化，形成空穴（即气泡），当气泡到高压区则，气泡内的蒸汽重新凝结，气泡溃灭，另外还伴随着一系列物理、化学现象，这叫空化。液体的性质及空化初生条件空化初生时空穴在局部压力降至临近液体蒸汽压力的瞬间形成的。严格的讲，一般若空穴在均质液体内产生，液体必须破裂，破裂所需应力不是以蒸汽压力来衡量，而是该温度下液体的抗拉强度。液体能不受拉，回答肯定。很多人对纯水作了试验，证明纯水的抗拉强度为26-27MPa。但实际上自然界的水不能承受拉应力，这是因为水的连续性破坏了。（例水温200c，压力2400Pa时水的连续性就破坏了，水就气化了）。而水的连续性的破坏是由于水中有杂质，改变了水的结构，消弱了水（液体）的抗拉强度，而水中液体中的杂质是多种多样的，主要是未溶解的气体。实际上，当局部压力降至蒸汽压力附近，未溶解气体首先从液体中析出，形成气核。故液体压力降低是空化产生和发展的外部条件，而其内因还是液体本身的特性（含未溶解气体的量）。三、空化的发展及溃灭及空化的类型当压力再低，气泡长大，进入高压区，气泡不断缩小，溃灭。此过程是复杂过程，不仅和压力及含气量大小有关，还和液体的表面张力，粘性，可压缩性，惯性有关。高速摄影拍了气泡的溃灭过程：当气泡达到最大直径时，紧接着高速溃灭至气泡尺寸为零，而后又再生一个稍小的，接着又溃灭，这种再生一般二次，尺寸一次比一次小。类型：①游动型空化②固定型空化水力机械中出现③漩涡型空化④振动型空化：液体中的固体边界的机械振动激发相邻的液体产生压力脉动，与振幅足够大时，使液体产生空化。四）空蚀的机理是空泡溃灭过程中机械作用是空蚀破坏的主要原因。有两种理解：空蚀破坏基本上是由于从小空泡溃灭中心辐射出来的冲击波而产生的，称为冲击波模式。此冲击使边壁形成一个球面的凹坑；另一种理解认为空蚀是由较大的空泡溃灭时形成微射流所造成的。此理论认为气泡变形、分解、使之形成了流速很大的微型液体射流，如果溃灭区离边界很近，则射流会射向固体边界造成空蚀。实际流体机械内部两种都有，大的气泡造成射流，小气泡溃灭产生冲击式压力波。射流速度很高，达100m/s—300m/s，因流速很大，故产生的冲击压力可用水锤压力公式来计算。,Ca为液体中的声速，C为射流速度，若C=100m/s，则压力为200MPa这样大的压力作用力材料表面，引起材料表面上的蚀坑，引起材料的疲劳破坏。另外，由于空泡受压，汽相凝结，放出大量的热，使金属表面融化破坏。还有有的金属表面温度高，别的地方温度低，形成热电偶，产生电流，电流引起电解作用使金属产生电化学破坏。空化数由于液体中空穴的产生，发展，溃灭与流动特征的主要因素边界的形状、压力、流速及形成气泡或维持气泡的临界压力Pcr有关，故水动力学中希望用反映上诉参数无量纲数k表示空化程度，称为空化数，下面以孤立翼型分析之。对0-0及1-1列伯努力方程：定义单翼的系数取1-1断面在翼型上最低压力点处，此时速度最大，压力最低。于是得：对于叶栅有：w2,p2叶栅下游的速度和压力，wm,pm叶栅上任一点的压力及速度.叶栅的最低压力系数为：当PminPcr，即发生空化。希望PminPcr，在固定压力下，增加相对流速w0(wm)或w0不变，降低压力都使PminPcr，当空化发生时，Pcr=Pva,定义翼型空化数为：叶栅空化数为：P1,w1叶栅进口的压力及速度绕流翼型的流场中，若保持w0不变，降低，则空化数降低，同时翼型表面压力降低，当翼型表面的最低压力降低到时产生第一个气泡，此时的空化数的值叫初生空化数，记为，同理对叶栅：同理，保持压力不变，而增加来流速度，同样可使空化数降低，当降低到一定值时，开始产生空化，此时的空化数同样为初生空化数。初生空化数取决于翼型的绕流特性，其值取决于翼型表面的速度分布。目前知和的关系为：=-，[]由此可见，①若w0(或w1)增大，或减小，则沿物体其它表面上的压力降至临界压力，因而空化将从空穴初生处蔓延。此时k<ki；而空化之前k>ki。可见对于