空化空蚀机理资料
55页1、1/71 中国石油大学(北京) 机械与储运工程学院 2/71 中国石油大学(北京) 机械与储运工程学院 3/71 中国石油大学(北京) 机械与储运工程学院 4/71 中国石油大学(北京) 机械与储运工程学院 第四章第四章 叶片式流体机械的空化与空蚀叶片式流体机械的空化与空蚀 5/71 中国石油大学(北京) 机械与储运工程学院 一、空化、空蚀(汽蚀)现象 空化与空蚀是发生于液体作为介质的流体机械(水力机械) 中可能出现的一种特有的现象,而在固体和空气中一般不会发生 空化和空蚀。 空化与空蚀也是反映叶片式流体机械,诸如水轮机、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。 4.1 4.1 空化与空蚀机理空化与空蚀机理 6/71 中国石油大学(北京) 机械与储运工程学院 7/71 中国石油大学(北京) 机械与储运工程学院 8/71 中国石油大学(北京) 机械与储运工程学院 在恒压下加热,温度上升到某一温度时,开始汽化,形成汽泡, 沸腾 在恒温下降压,压力下降到某一临界压力(汽化压力)时,也会汽 化,溶解在液体中的气体析出,形成汽
2、泡(空泡、空穴) 空泡运动到压力较高的地方后,泡内的蒸汽重新凝结,气泡溃灭。 气泡经历了生成、发展、溃灭的过程,同时通常还伴有一系列物理 变化 水力机械中,由于压力的变化而导致的液流内气泡的生成、发展、 溃灭过程以及由此而产生的一系列物理变化称为空化 4.1 4.1 空化与空蚀机理空化与空蚀机理 1、空化现象 对于任何液体: 9/71 中国石油大学(北京) 机械与储运工程学院 水的相变图水的相变图 10/71 中国石油大学(北京) 机械与储运工程学院 空化与沸腾的异同 相同点:液体的汽化 不同点: 沸腾:液体在常压高温条件下的汽化。1atm,100 空化:液体在常温低压条件下的汽化。0.0024atm,20 沸腾 空化 11/71 中国石油大学(北京) 机械与储运工程学院 12/71 中国石油大学(北京) 机械与储运工程学院 4.1 4.1 空化与空蚀机理空化与空蚀机理 13/71 中国石油大学(北京) 机械与储运工程学院 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 文丘里管空化器结构图 4.1 4.1 空化与空蚀机理空化与空蚀机理 14/71 中国
3、石油大学(北京) 机械与储运工程学院 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 性的,都有遭受过空蚀破坏的实例。 Note: 空蚀是空化的直接后果; 空化可发生在液体内部或者固体边界上; 空蚀只能发生在固体边界上。 15/71 中国石油大学(北京) 机械与储运工程学院 二、空化机理 1、空化的初生 实验表明:纯净的液体能够承受拉应力。目前所测到纯水的最大 抗拉强度为26-27MPa,利用分子动力学理论计算则更大。 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)。 4.1 4.1 空化与空蚀机理空化与空蚀机理 16/71 中国石油大学(北京) 机械与储运
4、工程学院 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: 4.1 4.1 空化与空蚀机理空化与空蚀机理 17/71 中国石油大学(北京) 机械与储运工程学院 空化核存在形式: 单独存在的微小气泡或微小气团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附着在不浸润固体颗粒上 的微气泡的微气泡 固体边壁表面微裂隙中的微气泡固体边壁表面微裂隙中的微气泡 4.1 4.1 空化与空蚀机理空化与空蚀机理 18/71 中国石油大学(北京) 机械与储运工程学院 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。 4.1 4.1 空化与空蚀机理空化与空蚀机理 3、空化的溃灭 气泡随
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