汽蚀机理与泵汽蚀研究现状

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)江苏大学流体机械工程技术研究中心 作者:王勇

      汽蚀(Cavitation)是由于液流流道中的局部低压低于该处温度下液体的饱和蒸汽压使液体在该处汽化而引起大量微汽泡爆发性生长, 微汽泡急剧生长成大气泡后随液流至压力高处突然溃灭, 对流道壁面产生高达几百个大气压的冲击, 造成壁面材料剥蚀, 这一现象称为汽蚀。汽泡的产生和发展改变了流道内的速度分布, 使的效率下降、扬程降低, 引起泵振动, 产生噪声。长时间的汽蚀会严重损伤叶轮等过流部件, 因此对泵汽蚀机理的深人研究是提高泵抗汽蚀性能的根本途径, 具有重大意义。

      目前对泵的汽蚀余量还无法通过理论计算求得, 汽蚀试验是确定汽蚀余量值的唯一可靠方法。

汽蚀机理与泵汽蚀研究现状

      国内外学者对汽蚀发生的机理进行了很多研究, 提出了诸多观点和论述, 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, 从而导致汽蚀发生。但是关于核子存在特性人们还未完全了解, 为此许多学者对此提出了各种假设和设想。

       一是提出的稳定的汽泡核子机理假说。认为, 未溶解的气核可存在于非亲水性的固体缝隙中, 因为在这样的情况下, 表面张力将起着减小而不是增加压力的作用, 因而气体并不是被强迫溶解, 而仍可能保持气相。

       二是福克斯等人提出, 微小气核之所以不会溶解, 是因为气核被有机薄膜所包围。这种有机薄膜是在水一气界面上自然形成的, 它改变了液体的有效表面张力, 推迟了蒸发, 阻碍着扩散, 使微小气核可以持久地悬浮, 但有机薄膜是否存在还有待物理上的证明。

       三是认为当核内气体溶解时, 足以改变液体中溶解气体的浓度, 从而可以达到某种平衡。到目前为止此种假设还只能说明在液体中可以稳定存在半径相同的空间均匀分布的气泡群。随着科技的发展、测量仪器和测量手段的提高, 人们也对气核存在进行了验证和测量, 从而进一步说明气核是诱发汽泡, 导致汽蚀发生的直接原因之一。

       高秋生应用热力学原理, 对气泡核子作了进一步探讨, 并得出结论在平面平衡条件下, 液体内部不可能稳定地存在纯蒸汽泡, 在亲水性裂隙中气核是不可能稳定存在的, 而在憎水性裂隙中气核是可以稳定存在的。夏维洪’等利用超声波法、等阎利用激光散射法、严利用水动力学法分别证实了气核的存在。

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