2012水力机械空蚀及防护_2章空泡动力学
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christopher earls brennen著流体高速运动,导致流体中压力低于饱和蒸气压,此时流体出现空化,即产生所谓的空泡。
该现象是水利工程中的涡轮机、船舶工程中螺旋桨以及水下高速航行体等必然面临的问题。
结构在水下爆炸冲击波作用下加速运动,这会导致近结构壁面的流体受拉发生空化;流体受热,当温度高于其饱和蒸汽温度时,流体中也会出现空泡。
可见空化的研究有着广泛而重要的应用背景。
空泡的溃灭会带来噪声、螺旋桨推力下降和剥蚀、结构的二次加载。
另一方面,空泡能有效减少水中航行体的摩擦阻力,利用这一原理出现了超空泡减阻技术。
无论是要避免空泡带来的坏处还是利用其优点,都需要理解流体的空化机制,研究气泡的动态行为。
本书最先于1995年首次出版,2014年再版。
该书详细地阐述了气泡的动态行为与空化现象。
全书共分8章:1.相变、成核与空化的理论与实验结果;2.理想球形空泡的动态行为;3.空泡的溃灭;4.压力场中的气泡动态响应;5.空泡的迁移;6.均匀泡状流;7.空化流动;8.自由流线方法的应用。
其中第2-4章针对单气泡,第5-7章则关注气泡间的相互作用与空化流动。
书中的很多内容在国内目前还缺少相应的专著论述。
本书作者christoper earls brennen为加州理工大学教授,在空化、涡轮机和多相流领域从事了多年的研究工作,共发表文章200多篇,著作3部;获得美国国家航空航天局(nasa)新技术奖(1980),美国机械工程师学会(asme)百年奖章(1980)及日本机械工程师学会(jsme)流体工程奖(2002)等奖项。
本书内容全面,并收集了大量实验结果。
该书要求读者具有基本的流体力学和热传导知识,适合从事多相流、空化、水力机械等相关领域的研究生、研究型工程师以及科学家使用。
水涡轮机械中的空泡运动研究:第2部分空泡运动的数值计
算…
曾庆川;刘小兵
【期刊名称】《四川工业学院学报》
【年(卷),期】1994(013)003
【摘要】根据“水涡轮机械中空泡运动研究”第1部分理论研究中所建立的水涡轮机械中空泡运动的控制微分方程,又研究了水涡轮机械流场中空泡运动的数值计算方法,并求解了空泡在一混流式水轮机转轮流场内的运动。
【总页数】9页(P62-70)
【作者】曾庆川;刘小兵
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】TK72
【相关文献】
1.超空泡运动体水平面运动弹道特性研究 [J], 蒋运华;安伟光;安海
2.固体颗粒和空泡在不可压缩流体中的运动 [J], 刘小兵;程良骏
3.水涡轮机械中的空泡运动研究 [J], 刘小兵;曾庆川
4.回转体低速串联入水空泡及运动特性试验研究 [J], 余德磊;曹伟;魏英杰
5.圆柱体入水空泡壁面运动特性与空泡演化关系实验研究 [J], 夏维学;王聪;曹伟;李佳川
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4 水力机械的空化与空蚀§4-1 汽蚀现象在某个温度下,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p v 。
叶栅空化数 21121w p p k v ρ-= 1w ——相对流速在某个温度下,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p v 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。
某温度T 下→临界压力(Pv 一般)→空泡→向高压区移动→溃灭凝结→破坏(疲劳破坏,剥蚀、电化学)→噪音,性能下降。
§4-2 汽蚀性能参数 空化数221∞∞-=w p p K v ρ 一、汽蚀余量NPSH在泵进口(尾水管出口)所具有的高出汽化压力的富裕(余)能头,其大小以换算到基准面的水柱高表示二、必须汽蚀余量r h ∆叶轮内压力最低点的压力等于汽化压力时,机器的汽蚀余量C 0——叶片进口前(水轮机出口)液流的绝对速度W 0——相对速度 21,λλ——流速分布不均系数。
由试验得出,是泵的固有参数① S-0列能量方程:② 0-k 列相对运动伯努利方程:③=①+②-γvp 得:即:γγpp p h vk a ∆+-=∆当初生空化(出现第一个空化空泡)时r a h h ∆=∆ 实际中一般认为:r cr h p h ∆=∆≈∆γ,常取r cr h h ∆=∆C 、要求a r h h ∆<∆临界汽蚀余量cr h ∆:效率下降1%~3%时所对应的a h ∆三、有效汽蚀余量(装置汽蚀余量)a h ∆1、定义它是装置提供给泵(水轮机)的汽蚀余量2、表达式:列进水池和水泵进口(水轮机出口)3、a r h h ∆∆与的关系a. r h ∆与装置无关,a h ∆与装置有关b. r h ∆越小,抗汽蚀性能越好四、允许汽蚀余量保证不发生汽蚀的最低汽蚀余量实际中常用cr h ∆代替r h ∆:K h h cr +∆=∆][K —安全余量五、允许吸上真空高[H s ]′ 1、定义:使之不发生气蚀,泵进口(水轮机出口)所允许的最大真空度2、表达式而进口断面的真空度为代入上式要不发生汽蚀 ][h h a ∆≥∆当][h h a ∆=∆时sH '有最大值 当不是标准状态时必须修正六、汽蚀系数水力机械的汽蚀系数σ装置空化系数)a hom T (p σ七、安装高度的确定g H 压力最低点到进水池面(水轮机下游水面)1)][h ∆已知由有效汽蚀余量公式要求水泵不发生汽蚀对于水轮机:H K h σσ=∆][,安全系数2.2~05.1=σK ,比转速愈高σK 的值越大,或者取H h )(][σσ∆+=∆,0≈w h ,90033.10∇-=γe p ,电站水温5~25℃,3299.0~0889.0='γv p可以简化为2)[H s ]已知列进水池面与泵进口断面要求:]['≤'s sH H 八、汽蚀比转速汽蚀余量或吸上(吸出)真空度(高),只能说明某台机器汽蚀性能的好坏,而不能比较不同机器的汽蚀性能,为此引进包括设计参数在内的综合汽蚀性能相似特征参数——汽蚀比转速C 。