初生空化数公式的优化研究-论文.pdf

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1、第O5期(总第384期)吉林水利2014年05月【文章编号】1009—2846(2o14)05-0025—04初生空化数公式的优化研究张敬威．张亚磊(四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室，四川成都610065)[摘要】初生空化数是衡量过流体型是否发生空化的判别标准。传统的托马公式认为液流负压值达到液体饱和蒸汽压时即发生空化。近来研究表明，气核和液体抗拉强度等对初生空化有重要影响。有学者认为把托马公式中的液体饱和蒸汽压替换为临界压强更为合理。本文在已有研究的基础上，对空化初生机理和影响空化初生的因素进行分析认

2、为空化仅是气核克服表面张力和液体饱和蒸汽压膨胀而形成的，并没有克服液体抗拉强度，且在空化源附近的液体几乎不具有抗拉强度。并基于此提出新的初生空化数公式。[关键词1初生空化：气核；液体抗拉强度；饱和蒸汽压[中图分类号]Tv131．65[文献标识码]B初生空化数是判别过流体型是否发生空化的：(1)标准和依据初生空化数计算往往采用经典的托0．5p马公式目前绝大多数工程问题利用托马公式计式中。o"i为初生空化数；与分别为空化算初生空化数已能达到要求。然而，近来研究表初生时来流压强和流速；，与P分别为液体的饱明．气核和液体抗拉

3、强度对初生空化的影响非常和蒸汽压强和密度重要．很多研究表明其存在一定的关系。从科学研此式仅考虑了液体的饱和蒸汽压强．未计人究的角度考虑．并不能把空化初生简单的认为克液体的抗拉强度对初生空化的影响。事实上．液体服了液体饱和蒸汽压．即把临界压强当作液体饱所含杂质多少、含气量大小等决定其抗拉强度的和蒸汽压指标，会引起初生空化结果较大的差异。本文从经典的托马公式出发．探讨气核和液研究证实．由液体的空化敏感性引起的比尺体抗拉强度对空化初生的影响程度．在前人初生效应最为严重。自1983年起，以液体抗拉强度作空化数改进公式的基础上

4、。提出新的公式，更准确为其空化临界压强研究初生空化的比尺效应以地描述初生空化的条件与判别标准来。该方法已有很多应用和完善【5】。当液体抗拉强度不为零时．上述初生空化数公式必须重新考虑。1影响初生空化的几个因素关于初生空化的模型试验．在实际使用中存在以下两种不同的方法。1．1初生空化(1)在减压模型试验中的观点和处理方法空化的初生是空穴在微不可见的极小区域内基本理论：重力相似律，假设初生空化数相似初次出现的状态【l】无气核的液体具有很大的抗拉比尺为1。通常结论：模型无空化，原型无空蚀：或强度。空化初生必须有气核或弱点存

5、在。气核数目模型和原型的空化部位相对应：或当原型的水流增大，会促进空化现象的发生回。液体的抗拉强度空化数大于模型的空化数时。原型无空化等等。与初生空化有非常密切的关系。(2)常压模型试验迄今为止．初生空化数仍沿用托马数定义式国际上更多地使用常压循环水洞．在常压下【3】：试验模型的初生空化规律[8-1o]基本理论：液体的空化敏感性除受饱和蒸汽【收稿日期]2014—03—18【作者简介】张敬威(1988一)，男，河南开封人，四川大学硕士研究生，研究方向：水力学。一25—吉林水利初生空化数公式的优化研究张敬威等2014年0

6、5月压强影响外，更多地受其抗拉强度(主要取决于液化初生的时候究竟有没有克服液体抗拉强度：液体的清洁度、含气量、温度和流动状态)的影响n。体抗拉强度对初生空化的影响程度有多大：形成还认为，存在初生空化的比尺效应．即模型与饱含水蒸气的空化泡与简单的拉开液体形成真空原型初生空化数不同。主要受液体的黏度、流速及空泡有多大区别其紊动度、试验体的特征长度比尺和空化的类型中德两国联合空化试验与计算结果均表日月【阍．等诸多因素的影响【l2_阍。其试验条件下的液体抗拉强度在100Pa附近．大1．2液体抗拉强度部分低于100Pa．与纯净

7、的水200MPa，有着巨大的如果把液体看作是纯净无杂质的．那么只有悬殊。当液体内部的张力超过液体分子间存在的吸引力I．3气核(液体抗拉强度，高达200MPa)时，才会产生“空目前对空化初生的机理．普遍认同气核理论。穴”圈。只要让液体纯净无杂质，如此高的抗拉强度空化即液流系统中的局部低压使液体蒸发而引起是基本不可能达到，也就不会发生空化。然而实际的气核爆发性生长现象情况往往不同。在实验中．常将液体抗拉强度规范那么研究空化初生．必须基于对气核的认识。为零。是偏为安全的。因为实际液体抗拉强度往往气核才是发生空化的内在机因．

8、液体空化的远大于零。临界压强主要决定于气核的空化灵敏度。因此开液体抗拉强度与液体的粘性、温度、气泡含量展对气核特性的研究对研究空化机理尤为必要与尺寸、水质等等有关。颜开l9l指出，空化发生时的最小压力与饱杨志明嘲认为，液体中有过大尺寸的气泡．即和蒸汽压R之间的差别远远低于实验以及理论估不能承受张力。许多因素会影响液体抗拉强度。水算的水的张力与蒸