空蚀机理的研究综述

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。

材料表面空蚀机理及实验设备研究现状*黄建娜1王璇1刘松林 2（1. 河南工业职业技术学院机械工程学院河南南阳473000；2. 河南省南阳市建设工程质量监督检验站河南南阳473000）摘要针对空蚀破坏存在的突出共性问题，从材料表面空蚀机理、抗空蚀材料、空蚀过程数值模拟、空蚀实验设备及空蚀程度表征方法等方面综述了空蚀的最新研究进展，分析和讨论了影响材料表面抗空蚀性能的主要因素，并从新型抗空蚀材料发展和材料表面处理方法两个方面阐述了抗空蚀材料的研究及应用，指出了当前空蚀研究中存在的问题，并对未来空蚀研究及抗空蚀材料的发展趋势进行了展望。

关键词空蚀机理抗空蚀数值模拟表征方法空蚀是指高速流动的液体介质局部压力变化引起空泡形成和溃灭，从而使材料表面产生破坏的现象。

空蚀现象对水轮机、泵阀等过流部件及船舶螺旋桨的性能与寿命有极大影响[1]。

空蚀引起水轮机效率下降，产生振动与噪声，迫使机组频繁停机检修，且水轮机叶片的损伤和机组的剧烈振动，严重威胁着水电站的运行安全；空蚀磨损除了造成螺旋桨叶片的效率下降和断裂外，其引起的噪声也是各国工程技术人员致力解决的重要技术难题。

空蚀不仅造成液压系统中元件磨损失效，也污染并加剧液压工作介质老化，从而加剧其它元件的磨损引起各类液压故障[2]。

因此，开展针对空蚀机理及材料表面的抗空蚀研究对于促进国防建设和经济发展具有重要意义[3-4]。

1 材料表面空蚀机理分析空蚀是一种微观、高速、多相的复杂现象，是引起水力机械损伤破坏的主要原因之一，研究空蚀发生机理具有深远的现实意义。

机械作用、热学作用、化学腐蚀等空蚀破坏机制陆续被提出，其中主流观点认为机械作用是空蚀损伤中的主要因素[5]。

当前关于空蚀破坏的微观机制主要有微射流和冲击波两种理论。

微射流理论认为，空泡在液体压力梯度作用下或在临近边界区域溃灭的瞬间，形成一束微型射流冲向材料，引起材料表面空蚀破坏[6]；冲*河南省高等学校青年骨干教师培养计划项目河南工业职业技术学院青年骨干教师培养计划项目编号：2017GGJS231 击波理论认为空泡溃灭时产生极大的溃灭压力，剧烈挤压边缘的介质而引起压力冲击波，并从溃灭中心作球状辐射波传播，该冲击波使介质边壁材料发生塑性变形，冲击波反复作用同一区域后就会产生空蚀现象[7]。

浅谈金属材料的空蚀研究进展分析随着社会的发展经济的进步，我国在各个领域上的发展都有着很大的提高，在科学技术水平不断提高的同时它也带动了各个产业的发展进步，在新的时代背景下金属材料在人们的生活中以各种形式得到了广泛的的应用，随着时间的推移人们在金属材料的空蚀方面上的研究得到了很大的进展。

文章主要是对于金属材料的空蚀机理及影响金属材料空蚀的因素进行分析探讨，并对当下的抗空蚀金属材料的应用加以说明。

标签：金属材料；空蚀；进展分析引言所谓的空蚀就是气蚀也称作穴蚀，它主要是流体在高速的流动以及压力的变化情况下与流体所接触的金属表面上发生的洞穴状的腐蚀破坏的现象。

它主要是对金属材料上的保护膜进行破坏使得腐蚀的速度加快，其特征是在金属材料的表面先形成众多的小麻点而后慢慢的扩大成洞穴。

自从19世纪后期在螺旋桨的叶片上发现了空蚀的现象以后相关的理论研究就得到了很大程度上的发展。

1 金属材料的空蚀机理由于空蚀所涉及的方面比较的多，包括：化学腐蚀作用、电化学作用、热效应作用、冲击波作用以及微射流作用等，损伤的机理相对来说比较的复杂，对于不相同的实验材料以及不同的金属材料所得到的结论往往也不同，下面对于普遍存在的空蚀机理进行详细说明：第一，冲击波机理。

它是由于液体内的局部压力变化所引起蒸汽泡的形成和生长以及溃灭而致使空蚀的产生，在液体内的静压力如果下降到同一温度下液体的蒸汽压时，就会有大量的气泡产生，当气泡到达了高压位置的时候气泡就会随之溃灭，而后就会使得气泡内的势能就会随之转变成内流体的动能形式形成冲击波，当这种冲击波经过过流部件的时候就会在其表面产生脉冲式以及应力脉冲式的局部的塑性变形，严重的还会产生加工硬化的情况，当流体的冲击波经过反复的作业后就会在过流部件的表面形成空蚀坑[1]。

第二，微射流机理。

它是由于在液体中压力得到降低从而产生了大量的气泡，这些气泡在和过流部件的边壁进行接触的时候由于气泡的不规则所以在溃灭时速度上就会不同，对于远离壁面的气泡壁会比较早的溃灭，反之则较晚溃灭，从而形成了向壁微射流，它可以在比较短的时间内就能够对金属材料的表面进行定向的冲击，而它产生的应力和“水锤”的作用一样[2]。

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。

空蚀产生原理凡是水流因局部地区流速增高，而产生汽化，并由此形成的破坏现象，就叫做空蚀。

在流动的液体中，当局部区域的压力因某种原因而突然下降至与该区域液体温度相应的气化压力以下时，部分液体气化，溶于液体中的气体逸出，形成液流中的气泡（或称空泡），这一过程称为空化。

空泡随液流进入压力较高的区域时,失去存在的条件而突然溃灭,原空泡周围的液体运动使局部区域的压力骤增。

如果液流中不断形成、长大的空泡在固体壁面附近频频溃灭，壁面就会遭受巨大压力的反复冲击，从而引起材料的疲劳破损甚至表面剥蚀，这就叫空化剥蚀，简称空蚀，又称气蚀。

表面的空蚀现象经常发生于水泵、水轮机和船舶螺旋桨的叶片表面，以及高水头泄水建筑物的局部表面上。

空蚀是水泵!水轮机!船用螺旋桨!汽车燃气室及其他水利机械过流部件的一种常见的破坏现象。

在流动的液体中，当局部区域的压力因某种原因而突然下降至与该区域液体温度相应的气化压力以下时，部分液体气化，溶于液体中的气体逸出，形成液流中的气泡（或称空泡），这一过程称为空化。

空泡随液流进入压力较高的区域时,失去存在的条件而突然溃灭,原空泡周围的液体运动使局部区域的压力骤增。

如果液流中不断形成、长大的空泡在固体壁面附近频频溃灭，壁面就会遭受巨大压力的反复冲击，从而引起材料的疲劳破损甚至表面剥蚀，这就叫空化剥蚀，简称空蚀，又称气蚀。

表面的空蚀现象经常发生于水泵、水轮机和船舶螺旋桨的叶片表面，以及高水头泄水建筑物的局部表面上。

运动物体受到空化冲击后表面出现的变形和材料剥蚀现象，又称剥蚀或气蚀。

空蚀是流体动力学、材料学和物理化学的复杂现象。

1902年，最先在英国驱逐舰“Cobra” 号螺旋桨上发现空蚀。

接着在水工建筑物和水力机械上也看到同样的现象。

当时认为桨叶材料的剥落是海水腐蚀造成的，但是试验证明在蒸馏水中运动的物体也会出现类似的剥蚀，因而确认这种现象仅是机械力冲击的结果。

据现在分析,上述两种因素都起作用。

在空化过程中,空泡急速产生、扩张，又急速溃灭，在液体中形成激波或高速微射流。

水力机械空化空蚀问题的研究进展摘要：根据水力学能量方程可知，水轮机的空蚀是由于流经水轮机的水流，因某些因素的影响，导致水流在某些部位的流速突然增快，而引起该部位的压力出现局部降低的现象。

当水流流速增长较快，快到足以使该处的压力降低到该水温下的汽化压力时，在此低压区域的水便开始发生汽化，空蚀也就随之而产生。

关键词：水轮机空蚀；危害；原因；措施前言：水轮机空蚀的危害在水轮机运行过程中，对其运行极为不利的影响因素是空化和空蚀的存在，其影响主要表现在以下几方面：（1）会对水轮机的导叶、转轮室、转轮、上下止漏环及尾水管等过流部件产生破坏力。

（2）由于水流的能量转换规律和正常运行规律受到空化和空蚀的破坏作用，使得水流的漏损和水力损失显著增加，最终导致水轮机的出力和效率降低。

（3）使机组检修的复杂性和难度增大了，检修周期随之缩短。

由于空化和空蚀的存在，不仅会对金属部件产生疲劳破坏，还会引发水力振动、压力脉动和空蚀噪音等。

导致机组在检修时，不可避免的要耗用大量的钢材和辅材，还使得检修的工期也相应延长了，极大的影响了机组运行的效率和经济性。

（4）当空化和空蚀较严重时，可使得机组的噪音、负荷波动及振动的程度均加剧，甚至会导致机组无法稳定、安全地运行。

可见，空蚀对机组带来的破坏力是多方面的，同时它又是水轮机运行过程中不可避免的一种现象。

对于任何选取优良抗空蚀材料而制成，且设计优良的水轮机，在实际运行中，由于运行环境的改变仍不可避免地会发生空蚀现象。

空蚀问题讫今为止仍然是一个世界性的难题，这就提醒我们在机组运行的过程中，对这个问题要引起足够的重视。

并应设法采取积极有效的措施去削弱或消除空蚀的影响，以提高水轮机过流部件抗空蚀破坏的能力，这不仅可延长检修的周期，还有助于机组使用寿命的延长。

对提高机组的安全、稳定运行具有极重要的现实意义。

1 水轮机空蚀的成因1.1 空化现象当通过水轮机的水流在某些区域的流速突然增快，必然会导致相应区域的水流压力出现局部的降低。

近固壁气泡空蚀过程及机制研究进展导言固壁气泡空蚀是一种常见的现象，指在流体中存在气泡时，发生气泡对固体表面的空蚀现象。

这种现象不仅广泛存在于自然界中的水下生物、海洋工程、水利工程、航空航天等领域，而且在工业生产中也很常见。

固壁气泡空蚀不仅对相关领域的研究提出了挑战，而且对设备的安全运行和寿命造成了一定的影响。

对固壁气泡空蚀过程及机制进行深入研究具有重要意义。

固壁气泡空蚀的现象及特点固壁气泡空蚀是指液体中存在着气泡，当气泡与固体表面接触时，在气泡尾部形成低压区域，超低压区域内的水蒸汽凝结形成空洞，在接触面产生冲击波，使得固壁表面材料流失、破坏，产生损伤。

固壁气泡空蚀的发生会导致固壁表面产生孔洞、溶解、磨损等现象，对固壁表面造成严重影响。

近年来，对固壁气泡空蚀的研究主要集中在以下几个方面：固壁气泡空蚀的研究主要包括对空蚀过程的观测、现象的描述和机理的探索。

研究者们通过实验和数值模拟的手段，深入研究了气泡空蚀的产生过程，并发现了许多有趣的现象。

一些研究发现，当气泡与固壁接触时，气泡尾部附近会形成高速水流，水流的速度可以达到数十米每秒，这将造成固壁表面材料的严重损耗。

另外一些研究则发现，气泡周围的水蒸汽凝结产生的空洞会在气泡表面形成水滴，增大气泡尾部的压力差，从而加剧了气泡对固壁的空蚀作用。

固壁气泡空蚀的机理一直是研究的热点和难点。

一方面，固壁气泡空蚀是一个复杂的多相流问题，涉及气泡动力学、表面张力、湍流等多种物理过程。

空蚀作用的具体机理并不清楚，导致了研究的难度。

近年来的研究表明，固壁气泡空蚀的机理可能与气泡与固壁接触时产生的湍流、空蚀过程中发生的水蒸汽凝结以及流体中微小气泡的聚合等多种因素有关。

研究者们通过实验和数值模拟等手段，逐渐揭示了固壁气泡空蚀的机理，并提出了一些有关机理的观点。

固壁气泡空蚀的控制和应用固壁气泡空蚀是一个有害的现象，对相关领域的设备和构件造成了严重影响。

控制固壁气泡空蚀是一个重要的课题。

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。

水力机械中的空蚀研究综述摘要：水利机械设备中，金属成分在与外界环境长时间接触下导致机械设备腐蚀，也称此过程为化学反应。

企业在产品运作过程中，无法控制产品与外界环境接触的程度、大小等不确定因素，导致机械设备上形成碳化物、氧化物等腐蚀物质，被腐蚀后的机械设备会严重影响企业的工作进度及工作成果。

倘若这一问题不能够被很好地改善和解决，将严重影响水利行业的发展，由此可见，探讨水利机械防腐能力提升的有效路径的重要意义。

关键词：水利设备；设备腐蚀；防腐对策引言如今水利行业在推动社会发展的进程上有重要作用，它影响着企业生产的经济发展和生产效率，对设备设施的优化和创新有重大关系，对生产产品的质量有严苛要求。

机械设备在水利行业的使用范围也越来越广泛，企业在提高生产效率上对机械设备的使用要求也会越来越高。

在有效的生产出合格的产品同时保护机械设备在水利生产过程中不被腐蚀，就需要对生产设备进行了解，找到适用于不同生产需要的机械设备的防腐措施。

这对企业的生产效率和经济发展有重要作用，因此，要保证机械设备的稳定使用，加强对机械设备的防腐设计，制定科学有效的防腐措施。

1水利机械设备腐蚀的原因1.1外环境及物质形态因素在水利企业的工作环境中，会有各种各样的微量化学成分的存在，比如，水分、养分、酸性物质以及碱性物质等，这些物质存在于周围的环境中，都会对水利机械设备产生一定的腐蚀作用。

例如，大部分的水利机械设备都是以铁为原料的，这种情况下，机械设备与空气中的水分长时间进行接触，便很容易产生一定的腐蚀作用。

另外，空气中也有很多的酸性物质，这些酸性物质也会对水利机械设备产生一定量的腐蚀，进而严重影响水利机械设备的质量。

同时，也严重地减少了水利机械设备的使用寿命。

另外，我们都知道，机械设备中也有很多的腐蚀介质，他们存在的形式也是多种多样的。

腐蚀介质的存在形态可分为温度、介质的传播速度，其中腐蚀介质的温度低，则它的分子扩散速度较慢，腐蚀过程中的反应相对就慢，相反，温度高则腐蚀速度快；另一方面，影响机械设备腐蚀的还有介质的传播速度，无论是气体或是液体速度越快，腐蚀程度越严重，甚至出现机械设备无法正常使用的情况。

我国水轮机空蚀与空化研究现状水力机械中的空化空蚀一直是困扰流体机械发展的首要问题之一。

在水利水电工程中,空化空蚀一直作为一个重要的问题被进行研究。

这些问题主要包括空泡溃灭的形式、空蚀的性质,空化与空蚀的相关性、空化与其噪声的相关性、空化噪声与水力参数的关系、临界空化的噪声判断、空化改善状况的噪声判别,空化比尺效应的种种影响,如雷诺数Re、脉动压力p’、水中含气量和气核尺寸、水体的抗拉强度和表面粗糙度，空化声学量测的一些条件,空蚀评价的指标等等。

我国通过对空化产生的这些机理进行了广泛深入的研究，清楚地了解了空化发生的条件及产生的结果。

并对如何在工程实际中监测空化现象的发生及判断其严重程度，至今仍在不断地探索中。

在这漫长的过程中，我国最近所取得的成就很多，也很广。

不但在空蚀与空化的产生条件、水轮机转轮空蚀量预估上做出研究，并取得了很好的成果，还在解决空蚀空化上也做出大量的努力，花巨资去研究如何可以监测与分析。

比如，水口水轮机空化空蚀、水力稳定性及主要部件应力状态研究，工质为浑水时水泵与水轮机的空化与空蚀研究，水轮机空化空蚀破坏的在线监测方法及诊断装置，根据空化引起的水轮机振动来预测空蚀破坏软件，基于LabVIEW的便携式水轮机空蚀监测，动态离子束混合对水轮机材料空蚀改性的研究，大型水轮机空化在线监测与分析——方法及应用研究，水轮机空化空蚀分析软件设计等等。

———————————————————————————————————————————————空化在微观方面的理论大多立足于空泡动力学对空泡的发展变化进行分析。

Arrojo研究了水力空化中单个空泡产生、发展和溃灭的全过程。

分析结果发现，在空泡运动过程中，化学稀疏和压力恢复过程的时间尺度起着关键作用，特别是发展阶段，较大的化学稀疏时间促进了空泡的发展。

何国庚从空泡动力学出发，借助非平衡态动力学理论，建立了有相变化时球形气核与围流液体之间能量流和物质流的方程式，并结合自由气核发育的动力学方程和自由气核的热力学方程，提出了判断满足空化初生条件的标准。

近固壁气泡空蚀过程及机制研究进展气泡空蚀是指在液体中存在气泡的情况下，当气泡与固壁接触时，由于气泡内的压力较低而导致固壁表面的液体被快速蒸发或脱空，从而发生空蚀现象。

气泡空蚀在航空、航天、能源、化工等领域均具有重要的研究和应用价值。

本文对近年来围绕近固壁气泡空蚀过程及机制的研究进展进行综述。

近固壁气泡空蚀过程主要包括气泡的生成、生长和脱离。

气泡的生成是由于流体中存在气体溶解度和饱和度的差异导致的。

当气泡与固壁接触时，若气泡内的压力低于液体饱和蒸汽压力，则液体开始蒸发，形成气泡。

气泡的生长是指气泡在固壁上吸附蒸汽并不断向外扩张的过程。

气泡的生长速率与气泡尺寸、固壁性质和流体特性等因素有关。

脱离是指气泡从固壁上脱离并进入流体中的过程。

近年来，研究人员对近固壁气泡空蚀过程进行了深入的研究，取得了一系列的进展。

通过实验观察和数值模拟，揭示了气泡生成、生长和脱离的机制。

研究人员发现，在气泡生成过程中，流体的速度、压力和温度对气泡生成的影响较大。

通过表面改性和装备改进等措施，提高了固壁对气泡的抗蚀能力。

利用表面涂层、纳米颗粒填充等方法，可以改善固壁表面的润湿性和耐腐蚀性能，减少气泡空蚀的发生。

研究人员还发展了一系列的气泡空蚀抑制技术，如超声波振动、电磁场作用等，以进一步减少气泡空蚀的发生。

近固壁气泡空蚀机制的研究也取得了新的进展。

以往认为气泡空蚀是由于固壁表面的液体被蒸发或脱空所致，但最新的研究表明，流体的湍流运动也可能在气泡空蚀中起到重要作用。

湍流运动可以使气泡与固壁之间的质量传递增加，从而加剧气泡空蚀的程度。

研究人员还发现气泡空蚀与固壁表面的微观结构和化学成分密切相关。

不同的固壁表面结构和化学成分可以改变气泡在固壁表面的吸附状态和脱离机制，从而影响气泡空蚀的发生。

近固壁气泡空蚀过程及机制的研究已经取得了很大的进展，但仍然存在许多待解决的问题。

今后的研究应进一步探究气泡空蚀的机制和影响因素，并开发出更有效的气泡空蚀抑制技术，以提高固壁的抗腐蚀性能和使用寿命。

近固壁气泡空蚀过程及机制研究进展气泡物理化学过程在许多领域具有重要应用，如化工、能源、生物医学等。

其中，近固壁气泡空蚀现象是一种重要的气泡物理化学现象。

该现象通常发生在由液体中的气泡产生的液相振动造成的局部扰动区域附近，可能引起流动速度局部加快，导致局部压力下降，进而产生气泡空蚀现象。

近年来，学者们对近固壁气泡空蚀现象进行了广泛的研究，取得了丰硕成果。

本文综述了近固壁气泡空蚀现象及其机制的研究进展。

1. 气泡空蚀现象的基本特征气泡空蚀现象的基本特征包括蒸汽气泡的产生、扩散和崩溃过程。

在溶液中产生微小气泡，当气泡附近局部压力下降时，气泡内的气体会膨胀形成更大的气泡，排除周围液体并进一步扩散。

如果液体周围压力较低，气泡会继续膨胀并形成质心被拉回循环过程。

当气泡越来越大，液体周围的压力低到一定程度时，气泡可能突然崩溃，其原因主要是气泡周围产生的局部高压力突然增加。

气泡崩溃时会导致高压脉冲，同时也会产生空气喷射现象。

近固壁气泡空蚀现象的产生是由于气泡对壁面的吸附而形成的。

（1）气泡动力学特性气泡形态和大小对气泡动力学特性有着显著的影响。

实验表明，静态液体中的气泡依靠表面张力的作用保持形态，而在流动态环境下，气泡则呈现出各种不同的形态和大小。

（2）气泡空蚀破坏近固壁气泡空蚀现象是由于气泡与壁面的交互作用而产生的。

在流体中，气泡周围的流动场会影响气泡的运动，使其向壁面移动并被吸附在固体表面上。

当气泡到达壁面时，其内部的压力变化和壁面的接触可以导致液-固界面的剪切应力和撕裂应力的产生，引起近固壁气泡空蚀现象的形成。

（1）液体表面张力实验研究表明，在液体表面张力作用下，气泡吸附在固体表面上的能力越强，其空蚀现象越容易发生。

（2）壁面性质壁面的性质对近固壁气泡空蚀机制有显著的影响。

研究表明，光滑表面上的气泡更容易吸附在固体表面上，而粗糙表面上的气泡则更容易产生空蚀现象。

气泡的特性对近固壁气泡空蚀机制也有重要影响。

近固壁气泡空蚀过程及机制研究进展近年来，近固壁气泡空蚀问题日益受到关注。

当固壁附近产生气泡时，气泡迅速向上升腾，产生大量的振荡和冲击波，对固壁造成磨损和损伤，严重影响流动系统的性能和寿命。

本文将介绍近固壁气泡空蚀的机理与研究进展。

机理分析气泡形成是由流场中挥发性成分的蒸发所引起，被挥发物质围绕的液态物质的气体分压发生微小的变化，会导致气体从液相直接转变为气相，形成气泡。

而近固壁气泡的形成则是由于流体围绕在固壁附近的高速流动，造成了动态压力、温度和速度的变化，从而引起气体的正离子交换和阴离子交换，进而形成气泡。

在气泡形成后，气泡会迅速上升，产生剪切力和压力，引起流体的振荡和冲击波。

当气泡遇到固壁时，气泡与固壁之间的距离越近，对固壁造成的损伤就越大。

此时，气泡会向固壁交流和传递动量和能量，造成固壁表面的磨损和龟裂，引起材料的脱落和失效。

研究进展近年来，针对气泡在固壁附近的空蚀问题，国内外研究人员开展了许多工作。

下面将从实验和数值模拟两个方面，对近固壁气泡空蚀的研究进展进行介绍。

实验研究目前，实验研究是研究气泡空蚀问题最有效的手段之一，一些典型的实验方法包括：高速摄影、激光共聚焦测量、电容传感器测量等。

近年来，许多国内外学者通过实验方法来探究气泡在固壁附近的特性和机制。

例如，2011年，美国普渡大学的Wang等人通过高速摄影技术研究了高速水流中气泡的生成和演变过程，并以此为基础探讨了气泡空蚀问题产生的原因。

数值模拟数值模拟已成为气泡空蚀领域研究的重要手段之一，其通过建立物理模型并使用计算机进行模拟来探究问题。

近年来，数值模拟方法的进步极大推动了气泡空蚀问题的研究。

一些研究人员在数值模拟中使用动态网格、多相流等方法来对气泡空蚀问题进行研究。

例如，2018年，中国科学院力学研究所的Wu等人通过数值模拟方法，研究了固壁附近气泡聚并引起的动力学效应，探索了气泡空蚀的机制和规律。

总结与展望近固壁气泡空蚀问题是液态流体动力学领域中一个重要的研究课题。

空蚀机理的研究综述偶国富;周永芳;郑智剑;章利特;吴崇芳【期刊名称】《液压与气动》【年(卷),期】2012(000)004【摘要】空蚀损伤是在液压系统中广泛存在的失效形式,研究空泡溃灭过程中产生的物理、化学效应向固壁的传递和作用过程,以及壁面材料的响应及失效过程,对提高设备的抗空蚀性能及优化设计,具有重要的意义.该文重点对空泡溃灭的数值模拟、试验研究及作用机制进行阐述,在对文献进行归纳总结的基础上,指出针对空泡群溃灭的空间效应和时间效应,进行多种机制的非线性耦合作用研究,基于流固耦合思想的材料损伤动态过程研究,材料局部损伤导致的自催化效应研究以及广泛条件下空蚀临界特性表征及预测方法研究,将是未来重要的发展方向.【总页数】6页(P3-8)【作者】偶国富;周永芳;郑智剑;章利特;吴崇芳【作者单位】浙江理工大学多相流沉积·冲蚀实验室,浙江杭州310018;奉化市质量技术监督局,浙江奉化315500;国家气动产品质量监督检验中心,浙江奉化315500;浙江理工大学多相流沉积·冲蚀实验室,浙江杭州310018;浙江理工大学多相流沉积·冲蚀实验室,浙江杭州310018【正文语种】中文【中图分类】TH137【相关文献】1.龙抬头泄洪洞反弧段空化空蚀研究综述 [J], 纪伟2.材料表面空蚀机理及实验设备研究现状 [J], 黄建娜;王璇;刘松林3.水力机械中的空蚀研究综述 [J], 王健; 田文慧; 赵嘉卿; 王勇; 司乔瑞4.低碳钢与304不锈钢的超声空蚀机理对比研究 [J], 庄栋栋;陈文博;欧阳亚东;贾毅;李阳;刘海霞5.高速内冷铣孔空蚀机理的数值模拟与实验研究 [J], 沈灿;李广慧;尹凝霞;徐红;薛姣;谭光宇因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

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。