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(2)

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　这是由液体中移动的孤立的瞬态空泡或空泡群组成的空化现象。这些空泡在液体中最低压力区初生后，在发育成长及高压区缩小溃灭的整个过程中都随着水流游移，故称游移空化。这种空化现象从每秒数万次的高速摄影机的摄影图中可以看到，空泡初生于靠近边壁的最低压力处或其下游，空泡初生后，在低压区发育生长，到高压区后缩小、溃灭。随后，由于空泡中含有空气，以及周围压力存在脉动现象，空泡再次生长和溃灭。再生、灭次数决定于空泡内的空气含量及周围压力状况。在其生、灭的整个过程空泡随水流游移。游移空化常生于体形曲率很小，且未发生水流分离的边壁附近的低压区，也会出现于移动的旋涡空化的涡心和固定空化的紊动剪切层中。游移空泡在边壁表面溃灭时，可造成空蚀的破坏。
　　(2)固定空化
　　固定空化一词是指空化初生后发展的状态，那时水流从潜体或过流通道的固体边界脱离，形成附着在边界上的空腔或空穴。在水流分离的条件下，如果压力降低到临界压力以下，则在回流区生长的空泡将不断累积，直到回流区全部被空泡充满为止。肉眼看来这个空化相对于边壁可以说是固定的，因此称为固定空化。又由于它产生于水流分离区，因此也称为分离空化。固定空化的空腔长度随压力场而变，即随着压力降低，空腔长度增大。如果空腔增长至主流尾端完全脱离边壁(或绕流体)的状态，这称为超空化。通常超空化的空泡在远离边壁的水中溃灭，因此只造成水流能量损失，而不会造成边壁表面的空蚀。游离的瞬态空化和固定空化有一共同特点，那就是为了释放空化区上游端内部积累的张力而形成了一些空腔。
　　(3)旋涡空化
　　这在船舶工程中十分常见。这是由液流受到强烈扰动而产生的漩涡所形成的，多发生在水力机械的进出口边和绕流物体的尾部。这种空化形态多呈螺旋型。当足够强的剪切梯度出现在某一区域内，形成旋涡时，其涡心的绝对压力降低至该液体的临界压力，那时就会形成这样的空化。与游移空化相比，旋涡空化的寿命可能很长，因为旋涡一旦形成，液体内的角动量也会延长空穴的寿命。此外，旋涡空化可能是固定的，亦可能是游移的，如尾流中的旋涡空化就是不稳定的和多变的。
　　(4)振动空化
　　液体中固体边界的机械振动将激发相邻液体产生压力脉动，当振动幅值足够大时，就使液体发生空化。这种空化的特点是产生空泡的液体是静止的，它对材料有较大的破坏作用。
　　在叶片式水力机械中，主要是前三种空化造成材料的破坏、影响机械的工作性能。第四种类型的空化则广泛出现在活塞式机器的水冷壁等部位，例如水冷内燃机和活塞式压缩机等。
　　（二）根据空蚀发生的条件部位，水轮机的空蚀一般分为四种基本类型：
　　(1)翼型空蚀
　　水流绕流翼型时，翼型叶片表面形成压力差而使转轮旋转做功。通常叶片正面是正压力，背面是负压力，虽然叶片背面这种负压是转轮作功所必须的，但当负压降低到汽化压力时，会导致空化区的出现，为空蚀的产生又创造了条件。这种空蚀是反击式水轮机普遍具有的空蚀现象，它主要是由于转轮叶片翼型设计、制造不符合要求造成的，当然，运行工况不良也会引起翼型空蚀。
　　(2)间隙空蚀
　　它是水流通过狭小通道或间隙时，引起局部流速升高，造成压力下降，当压力下降到一定程度而产生空化所造成的空蚀。一般在导叶下端面处、导叶关闭时导叶与导叶之间的立面间隙处、转轮止漏装置间隙处和转桨式机组桨叶外缘与转轮室之间，桨叶根部与转轮体之间间隙处也易产生这种间隙空蚀。
　　(3)局部空蚀
　　它主要是由于铸造和加工缺陷形成表面砂眼、气孔等引起的局部流态变化而造成的。不同机型发生的部位不同，如；转桨式机组转轮室的连接不平滑处或局部凹陷处的后方；在凹入或突出的固定螺丝处；混流式机组的转轮上冠减压孔的后面。

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