空化特性研究进展_管金发

水力空化技术在水处理领域的研究进展
洪锋;袁喜;刘书畅;彭钦天;施妍;金蕾;田海林;叶立群;贾金平;应迪文;黄应平
【期刊名称】《三峡大学学报:自然科学版》
【年(卷),期】2022(44)4
【摘要】水力空化作为一种复杂水动力学现象,在环境化学领域中是一种先进的氧化工艺,具有操作成本低、能源效率高、协同应用强及适用范围广等优点,已成为一种很有发展潜力与应用前景的废水处理方法与技术,研究不同类型水力空化发生器对污染物降解效率的影响,以及水力空化协同其它高级氧化技术处理废水是目前研究人员的热门课题.本文系统概述和分析了空化基本理论及水力空化在水处理领域的研究进展与发展趋势.综述了空化成因、分类及其影响因素,总结了不同类型水力空化发生器及其特征,对比归纳了水力空化协同过氧化氢、臭氧、芬顿反应及光催化等联合方法降解有机污染物的进展.结合当前水处理领域发展需求和水力空化降解有机污染物研究方法中存在的不足,对水力空化用于水处理发展方向进行了分析展望.引用文献118篇.
【总页数】15页(P1-15)
【作者】洪锋;袁喜;刘书畅;彭钦天;施妍;金蕾;田海林;叶立群;贾金平;应迪文;黄应平【作者单位】三峡库区生态环境教育部工程研究中心(三峡大学);三峡大学机械与动力学院;三峡大学水利与环境学院;上海交通大学环境科学与工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】X703
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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（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。

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。