水轮机空化与空蚀问题研究_论文发表网__墨水学术,论文发表,发表

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摘要：水轮机空化是一个很普遍的现象,其对转轮叶片和过流部件会造成严重损坏,而且空蚀的严重程度已经成为一般水电厂大修周期的决定性因素。本文分析了水轮机空化与空蚀问题。
　　关键词：水力机械，水轮机，空化，空蚀
　　一、概述
　　从19世纪后期在螺旋桨叶片上发现空化现象以来，空化现象的理论及内涵已经有了很大的发展。随着科技的进步，涉及空化现象的领域也愈来愈多，例如高速鱼雷雷体、高速潜艇、水泵、水轮机、水工泄水建筑物甚至生物学和医学等。在水体温度一定时，降低压力到某一临界压力，则水体的连续性受到破坏，开始汽化而形成蒸气泡，同时溶解于水体中的空气也会发育成气泡，这种现象称为空化。
　　人们习惯把这种汽泡、气泡或者它们的混合物叫做空泡(也有叫空穴)。空化是液体特有的一种现象，与常见的沸腾相似但又不同，因它几乎没有热量交换，而沸腾则主要是一个热量交换的过程。为了与沸腾相区别，常把由于压强降低使水(或其它液体)汽化的过程称为“空化”。空化在水中形成的空洞称为“空穴”，球形空穴常称为空泡，较大的空穴称为空腔，带有空穴的水流称为空穴流。实际观察表明，有时空穴中大部分是气体而有时则大部分为蒸汽，因此又引进了气体空穴和蒸汽空穴二词以资区别。真正的空化是由于发生相变而引起的，空泡中主要含量应为蒸汽，也可能夹有少量未溶解的气体。而含有过饱和气体的液体在压力降低时，会有大量气体释放出来，也可在液体中产生气泡，但不存在着液一汽的相变，这种现象即是空气空化，或伪空化。
　　在低压区空化的液体携带着大量的空泡形成了“两相流”运动，因而破坏了液体宏观上的连续性。水流携带的空泡在流经下游压强较高的区域时，空泡将发生溃灭。因此空化现象包括空泡的发生、发育和溃灭，它是一个非恒定过程。由于空泡在溃灭时产生很大的瞬时压强，当溃灭发生在固体表面附近时，水流中不断溃灭的空泡所产生的高压强的反复作用，可破坏固体表面，这种现象称为“空蚀”。空蚀的机理是个十分复杂的问题，很可能是多种因素共同作用的结果。目前基本一致的看法是，空蚀是以空泡溃灭的机械作用为主(这其中又包括冲击压力波模式和微型射流模式两种观点)，热力学和电化作用为辅的一种特殊破坏方式。长期以来，空化现象被认为是一个不易解决的问题。其原因在于，到目前为止对空化的机理尚未研究得很清楚。随着我国国民经济建设的发展，各有关的科技部门均迫切要求对这一问题深入研究解决。
　　二、水轮机的空化与空蚀机理
　　人们对空蚀发生的内在机理进行了很多的研究，许多新的观点和论述不断被提出，其中最具代表性的是由柯乃普提出的“气核理论”。该理论认为液体中存在着微小的气泡(称为核子)，这些核子使液体的抗拉强度降低；当液体的压强低于汽化压强时，这些核子将迅速膨胀形成气泡，从而导致空蚀发生。
　　关于水体中是否存在气核问题，在过去很长一段时间曾使科学家感到困惑。因为水中存在稳定气核的事实与通常的物理概念有矛盾。这是因为，如果气核尺寸较大，那么，在浮力的作用下，气核将浮出水面而消失；如果气核尺寸很小，那么，气核内的压强必然相当大，因为根据气核内、外压强平衡的关系式，由于表面张力的作用，气核内的压强必然大于气核外的水体压强，在这一压强差的作用下，气核内的气体必然会向水体内渗透、溶解，其结果是气核内的气体不断减小，气核的尺寸也随之不断减小，表面张力的作用进一步加大，促使气泡加速溶解，直至消失。总之，水体中的气核若非浮出水面，必将被溶解而消失，不可能稳定地存在于水体中。而空泡产生又要以水体中存在核子(气核)为前提，这就是著名的“气核悖论”。
　　三、水轮机的空化及空蚀类型
　　（一）按空化的形态分：
　　(1)游移空化
　

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