空化(动力学过程)

空化动力学过程

液体内局部压力降低时,液体内部或液固交界面上蒸气或气体的空穴(空泡)的形成、发展和溃灭的过程。

中文名

空化

外文名

cavitation

空化效应

液体中空泡溃灭时产生的空蚀、噪声、振动和发光等现象。空化噪声是一种很强的水动力噪声,在有关工程中通常应尽量避免。空泡溃灭时产生的脉冲作用加大结构物的振动,也会产生有害影响。在空化发光效应中,光强很弱,只能在暗室内才能测到。对这种发光效应的机理尚未弄清。有人把水洞实验室的光线遮掉,用30分钟长曝光时间摄取空化发光的图像,同时记录物体表面的空蚀强度,发现空化发光强度与空蚀强度变化趋势是一致的。因此,有可能利用空化发光效应预报空蚀强度。这种技术正在探讨中。

空化数

描述空化状态的无量纲参数。空化数σ的表达式为:

式中p∞和V∞分别为液体的来流压力和流速;ρ为液体密度;pV为液体在环境温度下的饱和蒸气压。临界空化状态可以通过减压或增速把无空化状态的空化数降低到起始空化数σi,也可以通过增压或减速把局部空化状态的空化数升高到消灭空化数σd而得到。σi和σd一般是不相等的,这种现象称为空化时滞。在各种空化状态下,即使空化数不变,每个空泡在流场中也都有各自的形成、发展和溃灭的过程。[3]

空化机理

指空泡形成、发展和溃灭过程的物理本质。影响上述过程的主要因素有:液体本身的特性(表面张力、抗拉强度、温度、总空气含量、自由气体浓度、核谱即空化核的大小和尺度分布、粘性、压缩性、密度、饱和蒸气压等),液体的流体动力特性(湍流度、流场中的压力梯度、压力随时间的变化过程、热传导、气体扩散效应等)和沉浸物体表面的物化特性(表面浸润性、多孔性、粗糙度等)。其中空化核的存在是液体空化的先决条件;压力场的作用是液体空化的外部原因,压力幅值和施加时间决定液体空化状态。工程上常用流场中最低压力系数CFmin来预测起始空化数σi,空化起始的经典相似律就是σi=-CFmin。但是,偏离经典相似律的情况是常见的,而且在相同的空化数值下,原型与模型的空化状态也往往不同,这就是所谓的空化的尺度效应。

空化类型

空化有各种不同的分类法。按动力特性可分为:游移型空化、固定型空化、旋涡型空化和振动型空化;按外貌特征可分为:泡状空化、片状空化、斑状空化、条纹状空化、团状空化、雾状空化、梢涡空化和毂涡空化等(见彩图);按发展阶段可分为:临界空化、局部空化和超空化等。

参考文献

1.R.T.柯乃普等著,水利水电科学研究院译:《空化与空蚀》,水利出版社,北京,1981。(R.T.Knapp,J.W.Daily and F.G.Hammitt,Cavitation,McGraw-Hill,New York,1970)

2.F.G.Hammitt,Cavitation and Mvliiphase Flow Phenomena,McGraw-Hill,New York,1980.

参考资料

1.空化·杂志投稿网

2.空化·x技术网

3.空化数计算公式·OSGeo中国中心

关键词:空化