王太平 叶 超 任京涛 曹文利 陈二锋 贺启林

(北京宇航系统工程研究所,深低温技术研究北京市重点实验室 北京 100076)

1 引言

空化是指因流体动力因素作用而在液体内部或在液体与固体界面上发生的液体与其蒸气的相变过程和现象。空化过程主要分为初生、发展和溃灭3 个阶段,同时包含汽化和液化现象。当局部静压降低至饱和蒸气压之下时,液体突然发生汽化,形成蒸气空泡,进入空化初生阶段,若局部静压过低,空化区域会不断发展扩大,发展形成深度空化;空化气泡形成后,若对应区域压力升高至饱和蒸气压之上时,蒸气迅速液化,发生空化溃灭产生空化破坏材料结构。

空化现象属于水动力学研究范畴,针对其研究已有一百多年历史,1897 年英国Barnaby 等将螺旋桨叶片中出现的水动力学击穿现象定义为空化(Cavitation)[1]。由于空化溃灭具有很强的破坏性,长期以来空化一直被认为是有害而需要避免的现象,可能会造成水库出水口结构破坏、水泵寿命骤减、螺旋桨空化破坏或空化噪声影响隐蔽性等,但仍有不少研究致力于利用空化溃灭时释放的能量造福与人类,如高速空化射流用于清洗、切割、挖掘等。为了更好地避免或者利用空化现象,研究者们广泛开展了空化机理研究。1924 年,Thomas 提出了使用空化数来描述空化现象,即主流与蒸气局部压差与主流动压头之比,基于空化数可以对空化现象进行量化描述[2]。在空化现象空化初生阶段,空化核、低压和低压作用时间是空化形成的三要素,很多学者针对空化初生阶段具有黏性效应、物面效应、介质效应等开展了广泛研究。……