【浅谈空泡现象】

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1、浅谈空泡现象广船国际江山　　内容提要本文浅显的分析空泡的形成原理和空泡破灭时的作用，以及空泡对在船舶造成的影响和损害。本文研究空泡的原理，有助于今后了解和解释船舶建造和维修中碰到的一些超常规的现象，为完善船舶设计和维修提供参考依据。主题词船舶空泡气蚀---------------------------------------------------------------------前言　在我们的船舶建造和维修的过程中常常会碰到一些流体对船体和设备的损害，很多损害是由于流体的速度、压强的变化产生破坏性的空泡气蚀作用。本文通过船舶维修中的一个案例来

2、探讨一下空泡现象对给船舶带来的伤害，并浅显的研究空泡形成和溃灭的原因，提出防止空泡气蚀的方法．一、空泡的形成我司为瑞典GOTLAND航运建造的客滚船，在其营运过程中发现船舵的部分区域出现油漆破损并腐蚀的情况。我们知道，舵叶外表都有油漆作保护，内层是树脂漆作底，外层有防海底生物油漆，这种保护足以保护舵叶保持3-5年无损伤，但为什么航行不到一年的舵叶就出现了破损现象呢？这些损伤的部位并不是均匀的分布在舵叶上，而是在特定的几个地方出现，仔细检查那些部位，发现那里非常不光滑，坑坑洼洼，就像一个个的小弹坑。这到底是什么造成的呢？经对国内外舵叶维修的资料查询和

3、分析，维修专家组最终认定造成这种伤害的原因是空泡气蚀导致的。什么是空泡呢？我们首先就要从空泡的形成说起了。空泡的形成需要从几个物理现象来解释。第一个是沸点与压强的关系：水的沸点随压强的降低而降低。我们知道烧开水时，水在标准大气压下（1个大气压相当于101325Pa），温度达到100℃，水就会沸腾，但是如果在海拔6000多米的高原，水温只要到达80℃左右就可以沸腾了。在压强达到198490Pa时，即约不到两个大气压时，水到120℃才开，这个压强差不多是普通高压锅的压强。这是由于空气气压不同导致其沸点不同的，气压越大沸点越高，气压越小沸点越低。同样深压

4、在海底的水其的沸点也会随着其周围的压强变化而变化。不同温度下，水沸腾的压强是不同的，这个压强称为饱和蒸气压，也称蒸气压。根据Goff-Grattch饱和水汽压公式计算的出水在不同温度之下的饱和蒸气压，如下表所示。温度/℃020406080100120蒸汽压/Pa600.662338.17381.21493447377101325198490由上表可知，在压强为2338．1Pa时，水在20℃就开了，这是常温下的沸腾现象。第二是压强与流速的关系：液体的压强随着液体的流速增大而减小。根据伯努力原理，流体中流速大的地方压强小，这个理论我们在日常生活中就可以

5、见到，我们在倒啤酒的时候，如果用直冲的方式倒，就会产生很多泡沫，如果啤酒沿着倾斜的杯壁缓慢倒入，产生的气泡就会很少。这是因为直冲的啤酒产生较大的动量，杯中的啤酒速度差加大，易产生流速，使杯中的液体压强减少，溶解在液体中的气体得到释放产生气泡，而斜入式产生的流速小压强变化小所以产生的气泡少。解释了以上的原理，我们对空泡产生的条件有了一定的认识，高速行驶的船舶在航行过程中，由于船体对水的作用，提高水的流速，加之船体迅速离开后海水还来不及填补，导致该区域的压力骤减，由于压力的降低，该区域的海水形成蒸汽气泡，导致该区域的海水出现沸腾现象，形成空泡。同样，高

6、速旋转的螺旋桨也加速船尾的水体流速，加之大体积的螺旋桨的高速移位，螺旋桨在旋转的时候带动周围的液体高速流动,由于大量的液体是从正面甩出去了,周围的液体来不及补充进来,所以在螺旋桨的背面就形成一定的真空,这时液体发生沸腾并伴有空气从水中溢出来,在背面形成气泡。二、空泡的威力：由于以上因素的影响，形成大量的空泡，空泡在低压区形成后，随着流动流到高压区，在那里压力增高，空气泡无法存在而闭合破灭。千万不要小看这些空泡的破灭，这些空泡在闭合破灭的过程中产生了巨大的能量，空气泡闭合会造成类似于爆炸的高压，甚至会达到100000大气压。早在1917年，英国学者瑞

7、利，首先计算了不可压流体中球形空泡闭合时，可以在中心造成无穷大的压强。当液体是可压时，这个压力虽不是无穷大，但仍非常大。在60年前，人们就发现当把超声波通到水中，顷刻之间水中可以发出光来。这个现象一直没有得到合理的解释，直到1959年人们才首次论证，光是由空泡破灭时产生巨大能量集中所发出来的。据英国《新科学家》杂志报道，近几年来，人们逐渐用更精确的模型来计算空泡这一现象。先后有3个美国人得到了不同的结果。1986年一个美国人算出气泡破灭可以造成5000K的高温，1993年又有人改进计算，说是可以达到7000K的高温，这已经是太阳表面的温度了。到19

8、94年11月美国全国声学会议上，有人宣布用精细模型并用计算机算得，气泡破灭时的温度可以达到2000000K，这个温度是聚变