空化空蚀
空化与空蚀的原理与应用
空化与空蚀的原理与应用1. 空化的定义空化是指在流体中由于局部压力降低或速度增加而导致液体或气体产生腔隙的现象。
空化也可以描述为气泡形成的过程，当流体中的压力降低到饱和蒸汽压以下时，液体将开始汽化形成气泡。
2. 空化的原理空化的原因主要可以分为两种：压力降低和速度增加。
压力降低是指液体或气体中的压力低于饱和蒸汽压，导致液体开始汽化形成气泡。
速度增加是指流体中的流速增加，导致液体或气体无法及时填充空隙，从而形成气泡。
空化的发生与压力、速度、温度和流体性质等因素密切相关。
压力降低和速度增加是最主要的触发机制，而温度和流体性质则会影响空化的严重程度和形态。
3. 空蚀的定义空蚀是指在固体表面上由于流体的冲击或剪切而造成局部的物质脱离或溶解的现象。
在流体动力学中，空蚀通常指流体在高速运动过程中由于压力降低而在固体表面形成气体或蒸汽腔隙的现象。
4. 空蚀的原理空蚀的原理依然与压力降低有关。
当流体在高速运动过程中，流体速度增加，压力随之降低，当流体速度达到临界值时，压力降低导致流体中的气体产生腔隙，形成空蚀现象。
空蚀会导致固体表面的物质脱落或溶解，从而对设备和结构造成损害。
5. 空化与空蚀的应用空化和空蚀的研究在许多领域中具有重要的应用价值。
以下是几个典型的应用案例：•航空航天工业：在航空航天领域，空化和空蚀是重要的研究方向。
由于高速飞行时流体的压力和速度变化较大，空化和空蚀可能对飞行器的气动性能和结构造成严重影响。
因此，研究空化和空蚀的机理和控制方法对于提高飞行器性能具有重要意义。
•能源领域：在能源领域，如核能和燃料电池等，空化和空蚀也扮演着重要的角色。
在核能中，空化和空蚀会影响核反应堆中的传热和冷却工作。
燃料电池中，空化和空蚀对电池材料的稳定性和寿命有着重要的影响，因此需要进行相关的研究和控制。
•液压传动：在液压传动系统中，高速流体的流动会引起空化和空蚀现象。
空化和空蚀会导致液压传动系统的效率下降和部件的损坏，因此需要研究和采取相应的控制措施，以提高传动系统的性能和可靠性。
空化和空蚀的原理及应用
空化和空蚀的原理及应用1. 空化的原理空化是指在流体力学中，流动速度超过临界速度时，液体或气体中的压力下降到饱和蒸汽压以下，形成气蚀现象。
空化通常在高速液体流动或液体泵中特别容易发生。
空化的原理主要是因为流动速度增加，密度降低，从而导致流体的压力下降。
当压力下降至饱和蒸汽压以下，液体中的液体蒸发成气体，形成气蚀。
空化还会导致液体流体的流速增加，从而加剧空化现象。
2. 空蚀的原理空蚀是指在机械装置中，由于液体中的气泡或气体在压力变化下沉积或爆裂，导致液体中出现空隙或气泡的现象。
空蚀通常在液压系统、液体泵或涡轮机等设备中产生。
空蚀的原理主要是液体中的气泡或气体在压力变化下，由于气泡或气体的容积变化引发的空隙或气泡。
当压力变化引起气泡或气体的容积变化时，液体中的空隙或气泡会导致流体流动的中断或减弱，从而导致空蚀现象。
3. 空化和空蚀的应用空化和空蚀现象在工程领域中有着重要的应用。
以下是一些常见的应用场景：3.1 液体泵设计和维护在液体泵的设计和维护中，空化和空蚀是需要考虑的关键因素。
液体泵在高速运行时容易发生空化现象，导致泵的效率下降甚至损坏。
因此，在液体泵的设计和维护中，需要采取措施来避免空化和空蚀的发生，如增加泵的压力容降、增加泵的进口压力或降低泵的运行速度等。
3.2 水力发电站设计和优化在水力发电站的设计和优化中，空化和空蚀的控制是非常重要的。
由于水力发电站的高速水流，空化和空蚀往往会导致设备的损坏和效率下降。
因此，在水力发电站的设计和优化过程中，需要对流体的流速和压力进行适当控制，以避免空化和空蚀的发生。
此外，还需要合理选择材料，以提高设备的抗空蚀能力。
3.3 液压系统的设计和维护在液压系统中，空化和空蚀往往会导致系统压力下降，从而降低液压设备的工作效果。
因此，在液压系统的设计和维护中，需要合理选择液压材料，并采取措施来避免空化和空蚀的发生。
常见的方法包括增加液压系统的进口压力、优化液压系统的管道设计、定期维护和检查液压设备等。
叶片式流体机械的空化与空蚀
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一、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。
二、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。
空化与空蚀研究
空化与空蚀研究s 陈大融摩擦学国家重点实验室(清华大学),北京100084收稿日期:2010-11-1 修回日期:2010-11-27本文作者:陈大融,教授,ch endr @m ai.l ts i nghua .edu .cn 。
摘 要 空化是一种自然现象,从认识/滴水穿石0起,人们就将注意力集中在源于空化的各种损伤过程上。
由于对空泡生成、坍缩、溃灭,直至形成微激波、微射流的机理尚不清楚,历经百余年的研究,仍然没有形成有效解决空蚀损伤、空蚀噪声等问题的关键技术。
另一方面,空泡坍缩、溃灭过程所形成的极端物理、化学、力学环境、空泡内部物质的特殊物理化学状态及其转化过程,可为寻找自然界深层次规律的科学研究提供新的途径,形成的关键技术将为国民经济与国家安全的发展做出巨大贡献,并将最终造福于人类。
关键词:空化 空蚀 微激波 微射流 声化学 超声医学 中子聚变中图分类号:TP601 文献标识码:A 文章编号:1009-2412(2010)06-0003-05DO I :10.3969/.j issn .1009-2412.2010.06.001空化(cav itation)是指液体内局部压强降低到饱和蒸气压之下时,液体内部或液固交界面上出现的蒸气或气体空泡形成、发展、坍缩和溃灭的过程。
空蚀是指空泡坍缩形成微激波与微射流,攻击壁面形成损伤的过程。
空蚀过程在水轮机领域称为气蚀、在螺旋桨领域称为剥蚀、在汽轮机领域称为水蚀、在水力机械领域称为冲蚀,所描述的都是相同的物理和力学过程。
对空化现象的认识和研究可追溯到19世纪。
有记载的是B esant 在1839年、Reyno l ds 在1873年就已经开始在实验室对空化现象进行研究。
1902年在英国Cobra 号驱逐舰螺旋桨上首次发现空蚀损伤,接着在水工建筑物和水力机械上也发现了同样的现象。
英国皇家海军委任Lord Rayle i gh 着手进行研究,1917年Rayle i gh 提出了较为系统的空化理论,建立了描述自由空泡运动的方程。
空化和空蚀的原理及应用
空化和空蚀的原理及应用空化（Cavitation）是指在流体中由于压力降低而引起的气化现象。
而空蚀（Erosion）则是指由于流体中存在的空化诱发流体的快速扩散和冲击而导致的固体材料表面的破坏。
空化的原理如下：当流体在高压区域流动到低压区域时，压力降低会导致液体分子之间的吸引力减小，分子的动能趋于增加，当达到一定程度时，液体中部分分子就开始从液相过渡到气相，形成气泡。
这种气泡在低压区域形成，但随着流体的流动而向高压区域移动，气泡被高压区域的压力挤压，气泡内的压力迅速升高，气泡会快速崩碎，形成冲击波，产生高压和高温，从而对固体材料表面造成破坏。
空蚀的原理如下：当液体中存在着气泡时，流体在气泡周围的流动速度会增大，压强也会下降，这会导致流体中的空泡加速膨胀和坍缩，形成水锤效应。
这种水锤效应会导致流体中的冲击力增大，加速流动，产生高速流体颗粒对固体表面的撞击和破坏，导致固体表面的空蚀。
1.水泵和液态喷嘴：在水泵和液态喷嘴中，由于高压区域到低压区域的压力降低，会发生空化现象。
通过控制压力和流速，可以调节空化现象的强度，以实现所需的液体流量和压力。
2.超声波清洗：超声波清洗是利用空化和空蚀的原理进行清洗的方法。
超声波产生的高频率声波在液体中形成气泡，并通过空化破坏污垢表面的结构，以加快清洗效果。
3.船舶和飞机螺旋桨的设计：在船舶和飞机螺旋桨的设计中，需要考虑流体流动的效率和稳定性。
通过了解空化和空蚀的原理，设计出能够减少空化和空蚀的螺旋桨结构，提高流体的工作效率和螺旋桨的使用寿命。
4.水力发电站和水轮机：在水力发电站和水轮机中，由于水流的高速冲击和涡流形成的压力下降，会引发空化和空蚀的现象。
通过对水轮机和水流的研究，可以减少空化和空蚀的风险，提高发电效率和设备的使用寿命。
5.燃油喷射系统：在汽车和航空发动机中的燃油喷射系统中，通过控制喷油峰值压力和喷油峰值流量，可以改善空化和空蚀的问题，提高燃油的喷射效果和燃烧效率。
空化与空蚀的原理及应用
空化与空蚀的原理及应用
空化和空蚀是形态学中的基本运算，它们可以帮助我们轻松地实现图像处理中的一些功能。
空化(Erosion)操作是通过在图像上进行适当的结构元素的局部滑动，以收缩某一特定的对象，使其像素值统一，达到把一些小的像素区域填充以便于除去的目的。
而空蚀(Dilation)操作则是将整个图像上的像素扩大，使得白色区域变大，添加像素，有助于增强图像的细节。
空化和空蚀在图像处理中有着广泛的应用。
它们可以帮助我们消除噪声，消除孤立像素，保持燥细节，消除小斑点，消除图像中的小物体，改变图像的尺寸等。
空化和空蚀的结合也能够帮助我们提取图像中的某一特定的物体。
空化和空蚀也可以用于多媒体信息检索中。
例如，在图像检索中，空化和空蚀可以用于提取图像中的特定物体，从而获得更准确的搜索结果。
同时，空化和空蚀也可用于视频检索，可以更快地提取视频中的特定物体。
总之，空化和空蚀是形态学中最基本的运算，它们在图像处理、多媒体信息检索等方面都有着广泛的应用。
它们的运用能够大大提高图像处理的效率，为图像处理领域的发展做出了重要的贡献。
水力机械空化与空蚀
§ 1-2 汽蚀性能参数
• 九、空化的防护措施 • 1、从流体机械本身着手 • 2、从装置本身着手
ha
p0
Hg
h0s
pv
[h]
降低安装高 减少吸入管损失 补气等
空化的防护措施 （从流体机械本身着手）
空化的防护措施 （从流体机械本身着手）
空化的防护措施 （从流体机械本身着手）
空化的防护措施 （从流体机械本身着手）
pe 10.33
900
pv 0.0889 ~ 0.3299
Hg
pe
[h] hw
pv
K 的值越大，
Hg
10.0
900
K
H
H SZ H g K1D1
§ 1-2 汽蚀性能参数
H SZ H g K1D1
§ 1-2 汽蚀性能参数
2）[Hs] 已知 列进水池面与泵进口断面
pe
Hg
① S-0列能量方程
Zs
ps
cs2 2g
Z0
p0
c02 2g
hs0
② 0-k列相对运动伯努利方程
Z0
p0
W02 2g
u
2 0
2g
Zk
pk
wk2 2g
u
2 k
2g
h0k
③=
①+②-
pv
ps
c
2 s
2g
pv
pk pv
(Zk
Zs)
wk2 w02 2g
c02 2g
u
2 0
u
2 k
四、允许汽蚀余量 保证不发生汽蚀的最低汽蚀余量
[h] hr K
实际中常用 hcr 代替 hr ：
空化与空蚀的原理及应用pdf
空化与空蚀的原理及应用1. 空化的概念•空化是指在液体或气体流动中，由于速度或压力的变化引起流体中的部分区域压力低于饱和蒸汽压时，液体中的蒸汽泡的生成和崩溃现象。
•空化是一种相变现象，主要发生在流体中。
2. 空化的原理•当流体速度或压力较高时，流体中的静压力会增加，达到蒸汽的饱和压力，使得蒸汽形成微小气泡。
•这些气泡在流体中会不断增大，直到达到稳定状态。
若流体中的压力减小，则会造成气泡的崩溃。
•空化现象的发生，会引起流体的不稳定性，对设备和管道的影响较大。
3. 空蚀的概念•空蚀是指由于流体中的空化现象，在设备或管道中形成空蚀流动的现象。
•空蚀一般带来很多负面影响，如噪音、震动、磨损等。
•空蚀会对设备的正常运行造成影响，并可能导致设备失效。
4. 空蚀的原理•当流体中存在空化现象时，会引起流体的震荡和振动。
•这种震荡和振动会导致流体中气泡的崩溃和聚集，进一步加剧空化现象。
•空蚀的产生和发展过程较为复杂，涉及流体动力学、热力学和力学等多个学科。
5. 空化与空蚀的应用•了解空化与空蚀的原理，有助于我们更好地设计和改进流体传动设备和管道。
•在航空航天、能源、化工、海洋工程等领域，空化与空蚀的研究具有重要意义。
•在设备运行过程中，我们可以通过优化设计，改善流体的流动状态，来减小空化和空蚀的产生。
6. 空化与空蚀的防止措施•选用合适的材料，可以提高设备和管道的抗空化和抗空蚀能力。
•设计合理的减压装置，可以降低系统内部的压力变化。
•增强设备的保护措施，如加装过滤器、安装降压阀等。
•定期检查设备和管道，及时发现和处理可能导致空蚀的问题。
7. 小结•空化与空蚀是液体或气体流动中常见的相变现象。
•空化与空蚀的发生会对设备和管道的正常运行造成负面影响。
•了解空化与空蚀的原理，有助于我们采取相应的措施来减小空蚀的发生。
•在应用中，我们需要合理设计和选择材料，来提高设备和管道的抗空蚀能力。
以上是关于空化与空蚀的原理及应用的简要介绍，希望对您有所帮助。
空化与空蚀（精品PDF）
水体中所含的气核可分为表面气核与流动气核两种。流 动气核随水流一起运动。其尺寸一般很小，通常其直径大约 为10-5～10-3cm，人的肉眼一般看不见。流动气核在水中的分 布也不均匀，常用分布曲线(核谱)来表示其分布特性。尺寸 较大的气核在浮力的作用下将浮向水面而消失，而尺寸较小 的气核内部则承受很大的压强，以至于其内的气体因受压而 被周围的水体所吸收。
当外压强降低时，空泡的半径只有缓慢的增加，而当达 到M点后，在压强不再降低的情况下，空泡半径反而急速地膨 胀，这就是空化的初生。因此。M点可认为是发生空化的临界 点。将临界点相应的压强及空泡半径称为临界压强pe。及临 界空泡半径Re。
3、球形空泡的稳定性 如果扰动幅值随时间是衰减的，则空泡运动是稳定的， 与此相反，如果扰动幅值随时间增长，则空泡运动是不稳定 的。 从定性上来看，表面张力并不影响空泡的稳定性。由此 可以认为，在球形空泡的压缩过程中，只有当空泡尺度足够 大时其运动才是稳定的；而当空泡尺度被压缩至足够小后， 其扰动幅值将快速增长，从而导致空泡运动失稳。
当游移型空泡馈灭时，固体壁面上会受到极大的冲击压 强。据报道，由计算确定的球形空泡溃灭时，在边壁上造成的 压强可高达12000多个工程大气压，而实测记录为7750个工程 大气压。由于所研究的问题及情况的差异，不同作者计算出的 空泡馈灭压强有所不同。
用高速摄影研究近壁处单个空泡馈灭时空泡变形的资 料表明，微射流的速度为130～170m／s。数值模拟计算表 明，游移型空泡溃灭时微射流的冲击压力可高达691000kN ／m2；微射流的直径约为2～3μm，空蚀坑直径约为2～20 μm ；在lcm2的面积上，边壁受到的射流冲击频率约为100 ～1000Hz。冲击脉冲的作用时间每次只有几微秒。这样高 的射流速度所产生的冲击力足以使材料发生空蚀破坏。
水轮机的空化与空蚀
水轮机的空化与空蚀空化与空蚀现象在水轮机中非常常见，会造成水轮机的叶片磨蚀损坏，导致水轮机的性能与经济效益下降，改善空化与空蚀现象需要制造工艺水平的提升与设计的改善，超空化水轮机的空化、空蚀大大降低，但是它的实用化仍旧有很长的路要走。
标签：空化；空蚀；原理；种类；危害；降低空蚀的措施；超空化水轮机中存在的空化、空蚀现象会对水轮机的性能产生不利的影响，因此在设计运行时要尽可能地避免，并将空化、空蚀对水轮机的性能的不利影响降到最低。
空化现象指的是水轮机流道中局部压力降至临界压力时，水中气核慢慢成长为气泡，气泡将液体中的蒸气和溶液中析出的气体包裹起来。
当进入压力较低的区域时，气泡则会逐渐长大，当气泡随水流运动到压力较高的区域时，在高压的作用下会迅速凝缩溃灭。
因此，空化是指气泡从集聚、流动、分裂到溃灭的这一过程。
空化现象不仅发生在液体内部，也会出现在固体边界上。
空蚀指的是由于空泡的溃灭所引发的过流表面金属材料的损坏。
空泡在溃灭的过程中伴随着机械、电化、热力、化学等过程的作用。
空化、空蚀会导致水轮机的性能下降，水轮机的过流部件表面会遭到损坏，甚至会使金属材料的局部发生脱落。
发生空蚀的主要原因是空泡溃灭所产生的机械作用，包括冲击波模式和射流模式两种。
通过对空蚀现象的观察，我们会发现空蚀在边界上分布并不均匀，而是集中在某些位置。
当第一个蚀坑形成后，在一定的条件下，它的发展速度要比其它的地方快，蚀坑越来越大、越来越深，最后将导致材料破碎而被水冲走。
除此之外，也可以用热力学和电化作用来解释空蚀现象。
空蚀产生的原因十分复杂，它在多重作用下发生，并且与化学腐蚀、泥沙磨损等相互促进，使得材料被进一步破坏。
水轮机按空化与空蚀发生的部位不同可以分为翼型空蚀、间隙空蚀、局部空蚀和空腔空蚀。
翼型空蚀是反击式水轮机的主要空蚀类型，在叶片的不同部位都有可能会出现空蚀区，转轮型号及运行工况都会影响到空蚀区的发展。
间隙空蚀指的是当水流通过狭小通道或间隙时局部流速会升高，导致压力下降而产生空蚀，间隙空蚀在转浆式水轮机中最为突出，发生区域多在转轮叶片外缘与转轮室之间以及叶片根部与转轮体之间的间隙附近。
空化空蚀机理
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§4.1 空化与空蚀机理
文丘里管空化器结构图
文丘里管轴截面速度云图
文丘里管壁面压力分布云图
文丘里管壁面气相体积分数云图
中国石油大学（北京） 机械与储运工程学院
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2、空蚀现象
当空泡溃灭的过程发生在固体表面及其附近，会使材料 受到破坏。这种由空化引起材料破坏的现象，称为空蚀。 空蚀能够使各种固体受到损害。所有金属，不论是软的 或硬的，脆性的还是具有延性的，在化学上是活性的还是惰
实际生活中，普通水根本不能承受拉应力。温度t=20℃的水， 当压力为0.24mH2O时(即汽化压力pv=0.24mH2O),水的连续 性被破坏而汽化。
液体中存在杂质是导致不能承受拉应力的根本原因。液体中除了 固体表面和液体中不可避免的含有一定数量的悬浮的固体粒子外, 主要杂质是未溶解的气体---称为气核（空化核）。
水轮机尾水管中旋涡空化的现场临摹图
螺旋桨上旋涡空化的高速摄像照片
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旋涡空化的寿命可能游移空 化长，在旋涡角动量的维持下， 溃灭速率慢，故溃灭压力较小；
旋涡只能在液体内部存在，所 以只有旋涡在接触物体表面溃灭 时，才起破坏作用；
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§4.1 空化与空蚀机理
1、空化的初生
不溶于水、肉眼看不见、直径大约在10-5到10-6cm的微小气泡， 统称气核（空化核）。 空化初生不仅取决于液体的状态（压力） ，而且还与液体本身 的特性有关（含空化核的多少），且后者是主因，但却很难控 制和度量。 空化核是导致空化的根本原因（内因），压力降则是外因。 “空化核”观点已被大量试验证明，也与所观察到的物理现象 相吻合。 空化核主要有以下三种存在形式：
空化空蚀机理
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§4.1 空化与空蚀机理
1、空化的初生
不溶于水、肉眼看不见、直径大约在10-5到10-6cm的微小气泡， 统称气核（空化核）。 空化初生不仅取决于液体的状态（压力） ，而且还与液体本身 的特性有关（含空化核的多少），且后者是主因，但却很难控 制和度量。 空化核是导致空化的根本原因（内因），压力降则是外因。 “空化核”观点已被大量试验证明，也与所观察到的物理现象 相吻合。 空化核主要有以下三种存在形式：
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§4.1 空化与空蚀机理
空化核存在形式：
单独存在的微小气泡或微小气团
附着在不浸润固体颗粒上 的微气泡
固体边壁表面微裂隙中的微气泡
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§4.1 空化与空蚀机理
2、空化的发展
空化初生后，随着系统压力进一步下降，初生空化区将沿着 水流方向加长，沿着水流的垂直方向加厚，气泡在随流过程中进 一步长大。
A.热力熔化理论 所释放的大量热量使材料表面融化造成破坏。 B.氧化腐蚀理论 局部瞬时高温可过300℃，高温、高压作用下，促进汽泡对金 属材料表面的氧化腐蚀作用。
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3.电化作用理论
该理论的必要条件是有电流形成。
热电效应：冲击导致局部温度上升⇒产生温度梯度⇒ 热电偶，形成电流⇒电解作用使材料破坏。
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水轮机的空化与空蚀
形成一种对称真空涡带，引起尾水管中水流速度和压力的 脉动，在尾水管进口处产生空蚀破坏，还可能造成尾水管 振动。
❖ 局部空蚀：在过流部件凹凸不平因脱流而产生的空蚀。
翼形空蚀 空腔空蚀
间隙空蚀 局部空蚀
尾水管内的1.4真.2 V空ort涡ex O带bserved in Francis Runner
任一水轮机在既定工况下，б也是定值。 ❖ б值影响因素复杂，理论难以确定，广泛使用的
方法是进行水轮机模型试验得出бm,并认为б=бm。
二、水轮机的吸出高度
为了防止空蚀，必须限制k点的压力，使pk≥pv
pk
pa
Hs
(Wk2 W22 2g
w
V22 2g
)paHs来自H保证水轮机内不发生汽蚀的条件： pk≥ pv
三、水轮机的安装高程
1. 立轴HL：导叶中心平面高程
Za=▽w+Hs+b0/2 2. 立轴ZL：导叶中心平面高程
Za=▽w+Hs+xD1 (x=0.38~0.48) 3. 卧轴HL和GL：轴中心高程
Za=▽w+Hs-D1/2 注： ▽w ：水电站设计尾水位, 选用水电站最低尾水
位（1~2台机组时取一台机组50%额定流量， 3~4台机组时取一台机组额定流量）
1．
复习题：
1 什么是空化与空蚀？ 2． 2 空蚀的机理是什么？ 3． 3 水轮机中常发生哪些空化？ 4． 4 什么是水轮机的空化系数？水轮机空化系数有哪些特性？ 5． 5 什么是电站的空化系数？电站的空化系数与水轮机空化系数有什么关系？为什么 ？ 6． 6 通过什么方法如何确定水轮机的空化系数？ 7． 7 如何确定水轮机的安装高程？ 8． 8 从大的方面讲，防止水轮机空蚀常采用哪些措施？ 9． 9 采用哪些措施防止尾水管中的空腔空化和水力振动？
第四章 水轮机的空化与空蚀
2.化学作用
发生空化和空蚀时，气泡使金属材料表面局部出现 高温是发生化学作用的主要原因。该高温可能是气泡 在高压区被压缩时放出的热量，或者是由于高速射流 撞击过流部件表面而释放出的热量。局部瞬时高温可 过300℃，高温、高压作用下，促进汽泡对金属材料表 面的氧化腐蚀作用。
3.电化作用
在发生空化和空蚀时，局部受热材料与四周低温材 料间产生局部温差，形成热电偶，材料中有电流流过， 引起热电效应，产生电化腐蚀，破坏金属材料的表面 层，使它发暗变毛糙，加快了机械侵蚀作用。
由于液体具有汽化特性：
液体汽化：1、恒压加热；2、恒温降压
沸腾：液体在衡定压力下加热，当温度高于某一温
度时，液体开始汽化形成汽泡。
空化：当液体温度一定，降低压力到某一临界压力
时，液体也会汽化或溶解于液体中的空气发育形成
空穴。
气蚀现象：包括空化和空蚀两个过程。 空化：液体中形成空穴使液相流体的连续性遭到破 坏，发生在压力下降到某一临界值的流动区域，空穴 中主要充满着液体的蒸汽以及从溶液中析出的气体。 可以发生在液体内部，也可以发生在固定边界上。
水的温度（℃） 汽化压力 （mH2O） 0 0.06 5 0.09 10 0.12 20 0.24 30 0.43 40 0.72 50 1.26 60 2.03 70 3.18 80 4.83 90 7.15 100 10.33
空蚀对金属材料表面的侵蚀破坏有机械作用、化 学作用和电化作用三种，以机械作用为主。
第四章 水轮机的空化与空蚀
第一节 水流的空化
一、水流的空化现象
认识到空化空蚀的破坏：发现轮船高速金属螺旋桨在 很短时间内就被破坏。 固体围绕固定位置振动 的汽化特性。 标准大气压力下 ，水温达 到 100℃时，发生沸腾汽化； 当周围环境压力降低到 0.24mH2O时，发生空化现象。 液体质点位置易迁移 常温下液体质点会从液体中离析，取决于该种液体
空化与空蚀的原理及应用
空化与空蚀的原理及应用空化与空蚀的原理及应用【摘要】随着现代水利机向大型化，高速化发展，空化空蚀越来越引起人们的关注，我们在研究如何规避空化空蚀危害的同时，还应看到空化空蚀有利的一面，空化现在已经在清洗，破碎、切割，水处理，湖泊净化等方面发挥着巨大的作用。
本文主要介绍了空化的机理以及空化在生产生活中的应用。
0.前言1.空化与空蚀是自然界中客观存在的一种物理现象，广泛存在于水利机械中。
由于压力的变化而导致的液流内空泡的产生、发展和溃灭过程以及由此产生的一系列物理和化学变化被称之为空化，当空化发生在固体表面，破坏固体材料就形成空蚀。
1.空化产生的机理1.1空化初生空化初生是空化在局部压力降至临近液体饱和蒸汽压力的瞬间完成的。
纯水能承受张力，但实际自然界中的水不能承受拉力，如果水能承受1Mpa拉应力，根本就不会发生空化。
这种差别可以用“空化核”理论解释，液体中存在着破坏液体均匀性的杂质，改变了液体的结构，削弱了液体的抗拉强度，从而为空化的产生提供了条件。
1.2空泡的发育与溃灭随着液体压力的降低，液体中汽核开始形成汽泡，当压力继续降低时，汽泡在随着流动的过程中不断长大，当进入压力升高的区域时，汽泡则不断缩小而溃灭，这是一个复杂的动态过程。
1.3空蚀空泡的溃灭过程如果发生在固体表面，从小空泡溃灭中心辐射出冲击压力波会使材料受到破坏，这种由空化作用引起材料的破坏被称为空蚀。
当然，关于空蚀的解释还有其他理论，如热力学作用，电化学作用等等。
2.空化空蚀在生产、生活中的应用2.1在清洗方面的应用对于清洗我们会有很多方法，有化学清洗，超声波清洗以及新兴起的高压水射流清洗等。
空化清洗主要是利用空化射流来实现的，即通过设计特定的喷嘴来诱发空化的产生，从而利用空泡破灭时产生的冲击力来去除固体表面的污垢。
虽然空化射流和高压水射流在清洗方面均有可靠、节能、安全、环保、高效等优点，但其作用机理完全和高压水射流不同。
高压水射流是利用高速水流的冲击力来进行清洗的，然而空化射流则依靠流束中大量的空化汽泡在固体表面溃灭而产生密集射流冲击作用来达到清洗目的的。
空化空蚀PPT课件
空化与空蚀的关系
空化现象是空蚀发生的前提条件 ，空蚀通常发生在空化发生区域
。
空化产生的小气泡在高速流动的 液体中可能会被带入到空蚀区域 ，并在固体表面破裂，引发空蚀
。
空化和空蚀相互作用，共同影响 流体动力设备的性能和寿命。
当液体压力下降时，液体 中的溶解气体可能会离开 液体，形成微小的气泡。
温度变化
温度变化也可能导致液体 中的溶解气体分离，形成 微小的气泡。
空蚀现象发生原理
高速流动的液体与固体表面接触时，由于流速突然改变，产生较大的压力波动，导 致液体中微小气泡的形成和破裂。
当气泡在固体表面破裂时，产生的冲击波会对固体表面造成微小的损伤，如点蚀或 剥落。
疲劳断裂
空蚀现象产生的微射流会对固 体边界产生冲击，可能导致疲
劳断裂。
02
空化空蚀发生原理
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
空化现象发生原理
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液体流速增加
当液体流速增加时，液体 中的微小气泡会受到更大 的压力，导致气泡迅速缩 小或消失。
液体压力下降
在环保领域的应用
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空化空蚀在环保领域的应用主 要涉及水处理、污水处理和空
气净化等方面。
在水处理方面，空化空蚀技术 可以用于去除水中的有害物质
，提高水质。
在污水处理方面，空化空蚀技 术可以用于降解有机物和除臭
，提高污水处理效果。
在空气净化方面，空化空蚀技 术可以用于去除空气中的颗粒 物和有害气体，提高空气质量
空化和空蚀的原理及应用
空化和空蚀的原理及应用空化和空蚀是流体力学中的两个概念，常常在液体或气体通过管道、泵或涡轮机等设备时发生。
一、空化原理：空化是指在液体中存在气体被蒸汽化的过程。
当液体通过管道或设备时，由于压力下降或流速增加等原因，液体中的气体可以从液相迅速转变为气相形成泡沫，这个过程就称为空化。
空化的原理与介质的压力、速度和温度等因素有关。
当液体内部气体比溶解度大时，液体中的气体就有可能形成气泡，在下游区域快速膨胀形成空蚀。
二、空蚀原理：空蚀是指在管道、泵或涡轮机等设备内部，由于液体的流速增大或压力降低，引起液体中的气体迅速膨胀形成气泡，导致设备内部出现空洞并引起流体的不稳定现象。
空蚀会降低设备的效率，甚至对设备造成损害。
空蚀的原理主要与两相流动的特性有关。
当液体中的气体快速膨胀形成气泡时，液体的流动状态会变得不稳定，产生流动阻力增加、振动、噪音等现象。
空蚀会导致设备的性能下降，甚至引起机械零件的磨损和损坏。
三、应用：1. 降低震荡和噪音：通过合理设计和运行，防止空化和空蚀现象的出现，可以减少液体流动时的震荡和噪音。
2. 提高设备效率：空化和空蚀都会对设备的流体力学性能产生负面影响，通过优化设备结构和流体参数可以减少或避免空化和空蚀现象的发生，提高设备的工作效率。
3. 管道和泵的设计：在液体和气体的混合介质中，理解空化和空蚀原理是设计管道和泵的重要依据。
根据介质的特性和要求，合理选择管道和泵的参数，可以降低空化和空蚀的发生。
4. 引擎研发：在内燃机的研发中，空化和空蚀经常出现在喷油嘴和燃烧室等部位，会引起效率下降和零部件磨损，因此深入研究空化和空蚀现象对提高引擎性能至关重要。
5. 电子设备的制冷：在电子设备中，空化和空蚀对制冷系统的稳定性和效率有着重要的影响。
了解空化和空蚀的原理可以帮助优化制冷系统的设计和运行，提高设备的工作效率。
总之，空化和空蚀是流体力学中重要的机理现象，它们在液体或气体的运动过程中会对设备性能和系统稳定性产生负面影响。
空化与空蚀的原理及应用
空化与空蚀的原理及应用1. 空化的原理空化是一种流体力学现象，指的是在流体中产生气体泡的过程。
这种气体泡会降低流体的密度和黏度，导致流体的流动性能下降。
空化是由于在流体中达到了气体的饱和点，使得气体从液体中析出而形成的泡沫。
空化的原理可以通过以下步骤进行解释：1.高速流体流过阻塞物或弯曲的管道时，流速增加，压力降低。
2.当压力低于液体饱和蒸汽压时，液体中的气体开始析出并形成气泡。
3.这些气泡会随着流体一起流动，并聚集在高速流体的低压区域。
4.气泡的聚集会导致流体的密度和黏度降低，进一步减小流体的流动性能。
2. 空蚀的原理空蚀是一种机械现象，指的是在流体中产生气蚀现象的过程。
气蚀是指在液体中形成气体蚀刻的现象，使得介质表面被剥蚀并产生损坏。
空蚀的原理可以通过以下步骤进行解释：1.高速流体中的气体泡沫在经过液体中的阻塞物或弯曲的管道时，由于流体的流速增加，压力降低。
2.当压力低于饱和蒸汽压时，气体从液体中析出并形成气泡。
3.这些气泡会随着流体一起流动，并在流体流动过程中碰撞到固体表面。
4.气泡的碰撞会导致气体的压力突然增加，形成冲击波，对固体表面构成冲击和磨损。
5.长时间的气蚀会导致固体表面的严重磨损和损坏。
3. 空化和空蚀的应用空化和空蚀是一种不良的现象，会对流体系统和机械设备造成损坏和故障。
然而，在一些特殊情况下，空化和空蚀也可以被有效利用。
以下是一些空化和空蚀的应用：3.1. 空化应用•空化现象常被用于气体分离过程中，利用气泡的漂浮性质将气体与液体分离。
•空化技术被应用于减震装置中，通过在减震器内部产生气泡来减缓碰撞力。
•空化现象在潜艇上的应用，可以减少潜艇在水下的流动阻力。
3.2. 空蚀应用•空蚀技术可以用于半导体制造中的干法蚀刻过程，通过气体的蚀刻作用将半导体表面上的材料去除。
•空蚀现象可以被用于阀门和泵的设计中，通过控制气蚀现象来控制流体的流量和压力。
•空蚀技术还被应用于船舶和飞机的涡轮引擎中，通过在气蚀环境下运行来提高燃烧效率。
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理解
空化现象
在某个温度下，压力低到某一值时，液体发生汽 化，此压力称为该温度下的汽化压力，一般用pv 表示。液体流动过程中，如果某一部位的压力低 于某一临界压力（一般情况，该临界压力与水的 汽化压力接近）时，溶解于水的气体逸出，形成 空泡（空穴），当空泡随水流运动到压力较高的 地方时，空泡迅速凝结而溃灭。
理解
空蚀机理
因为体积突然收缩，汽泡原先占有的空间形 成真空，于是周围的高压液流质点高速冲近 来，将对过流表面产生非常大的瞬间脉冲压 力（水锤压力）。同时，在压力增高时，原 来从液流中分解出来的小汽泡，在水锤压力 的作用下被急剧压缩，直到汽泡的弹性力大 于水锤压力时，汽泡将停止压缩而瞬间膨胀， 所以对过流表面又形成另一种水锤压力。
理解
空蚀破坏
在过流边壁的某一个地方，随着液流的不断流过， 2）化学作用 溃灭的空泡像尖刀一样反复锤打金属边壁（疲劳破 当空泡被压缩时，由于体积突然缩小，温 坏），金属表面在反复打击下，金属晶格开始破 度要升高放出热量；同时水锤压力对金属表面 坏—出现裂纹。当压力升高时，高压液流深进金属 的冲击也要产生局部高温。当空泡凝结时，局 裂缝，压力突然下降时，缝隙中的液流又吹出来， 部温度可达到300°C左右，所以在这种高温、 循环下去造成金属破坏，最终成块脱落——剥蚀。 高压作用下，又促使了空蚀对金属表面的氧化 ，这就是化学作用。
4）微射流理论 空泡在溃灭过程中还会产生高速的微射流束， 产生很强的冲击力，对材料表面产生破坏作用。
应用
空蚀危害
空化与空蚀对水力机械性能的影响对性能产 生影响，主要表现为四个方面： 1）破坏过流表面 2）机器能量特性发生变化 3）引起振动和噪声 4）使机组检修频繁
应用
空蚀防护
空化的防护措波，从 理解 空泡的中心向外放射时具有和大的 空蚀破坏 冲击力，对材料产生破坏。 b.大的空泡在溃灭过程中会变形，空 空蚀对过流部件造成的破坏，主要有四 泡分裂成若干个小空泡的过程中还 种理论：机械作用、电化作用、化学作用 会产生高速的微射流束，产生很强 和微射流理论。 的冲击力。 1）机械作用 空泡不断形成—溃灭—压缩和膨胀，将产生很高的 冲击压力。通过高速摄影的圆盘实验观察到，汽泡 凝结时间约万分之一秒，水锤压力可以达到几百个 甚至几千个大气压，对边壁材料造成破坏。
理解
空蚀破坏
3）电化作用 气泡在高温高压作用下产生放电现象，这就是 电化作用。因为金属表面被高压液流反复冲击的部 位会产生很大热量，温度升高，形成热端，将会与 邻近点的非冲击部位(冷端) 构成一个热电耦，在热 电耦的回路中产生电势，使金属内部有电流通过， 也产生电化腐蚀(电解作用)，致金属表面变暗变毛， 加速机械破坏作用。
降低安装高 2、从装置本身着手 减少吸入管损失 补气等
谢谢
空泡的产生与发展取决于液体的状态（温度和压力）以及 液体本身的物理性质（所含杂质量及所溶解的气体等）。
理解
空蚀现象
通过水力机械流道中的液流，如果某个地 方的流速增高，必然会引起此处的局部压 空蚀是指当空泡的溃灭过程发生于固壁的 力下降，当压力降低到当时液流下的临界 表面，从而使材料破坏，即由空化引起的材 压力时，这个低压区的液流就会开始汽 料破坏（侵蚀）。 化——出现空泡（汽泡），空泡随液流运 动到较高压力区，由于P↑，汽泡中的蒸 气要重新凝结成水，汽泡溃灭，破坏机器 设备。
水力机械空化与空蚀
王XX
了解
空化与空蚀现象
空化与空蚀是发生于液体作为介质的水力机械中的 一种特有现象，而在固体和空气中一般不会发生空化和空 蚀。
所以空化与空蚀同样也是反映水轮机、水泵特性的
一个重要指标，是设计、试验、运行中必须考虑的问题，
并且一直是国内外水力机械领域中的重要研究课题。
理解
空化现象
临界压力——把给定温度下，液体开始汽 这是一种流体力学现象。随着压力变化 ，液流中出现空泡状态（初生、发展、溃灭 化的压力叫做临界压力。（在不同温度下 ）及产生一系列物理化学变化称作空化（空 ，液体的临界压力是不同的。） 穴）。 注意：当液体温度一定，而压力降低 到相应的临界压力时，也会出现汽化现象 ，同时溶解于液体中的气体析出，形成空 泡（空穴）。