不同弹性材料空蚀特性试验

在水利工程的泄水建筑物中,弹性材料作为抗空蚀材料具有极为广阔的应用前景,研究空化泡与不同边界材料的相互作用,探索弹性材料抗空蚀的机理,具有明确的现实意义和理论价值。本文通过开展不同弹性材料超声空蚀实验,以宏观和微观角度观察分析不同弹性材料的空蚀特征,研究材料抗空蚀性能的影响因素。其中,弹性材料主要包括216-1硅胶、216-2硅胶、218-1硅胶、218-2硅胶、聚氨酯、软质聚氯乙烯、硬质聚氯乙烯、酚醛层压板、低密聚乙烯、高密聚乙烯、聚酰胺等材料,对应的拉伸弹性模量范围为1-4660MPa。主要得到以下结论：(1)弹性模量1-11MPa的弹性材料在超声空化作用下没有出现空蚀质量损失,另外弹性材料的表面仅有些细小的纹理变化,没有出现破裂或孔洞,表明在这一弹性模量范围的弹性材料具有较好的抗空蚀特性。(2)随着弹性模量增加,不同弹性材料的空蚀破坏特征有较明显的差别,说明此时材料抗空蚀特性与弹性模量的关联性下降,与材料密度、结构等特征有关：高密度、结构致密的材料空蚀质量损失和表面粗糙度变化很少;密度较低、结构稀疏的材料有明显空蚀质量损失和表面粗糙度增加。另外,材料表面缺陷处更容易发生空蚀破坏。研究结论可为弹性抗空蚀材料的研发和应用提供理论支撑。     

空化与空蚀的影响因素及其研究方法分析

论述了空化现象的影响因素及类型。进一步探讨了空化水流及空蚀现象对水工建筑物的危害，并对现有的研究方法进行了分析。     

高压空化水射流破岩主要影响因素的研究

为了探讨高压空化水射流的空蚀能力与水力参数、岩石性质的相互关系及各参数影响破岩效果的内在机理,通过在不同泵压和围压条件下,针对不同孔隙率的岩石对高压空化水射流破碎岩石效果进行了一系列实验研究.结果表明:空蚀效果(空蚀质量、空蚀深度)随泵压增加成二次函数关系增加,随围压增加成二次函数关系减少;空泡云长度随泵压的增加而增大.随围压的增大而减小,并能较好的拟合成三次曲线函数关系,空泡云长度直接决定有效靶距,从而影响空蚀效果;本实验条件下,泵压在7 MPa时发生空化现象,并能破碎单轴抗压强度为96MPa的砂岩;岩石的孔隙率对空化水射流的破岩能力影响较大,孔隙率越高的岩石越容易被空化水射流破碎.     

水轮机空化系数的动态测定

水轮机叶片上的空化空蚀破坏造成水电站的频繁检修，利用计算流体力学软件Fluent对HL240型水轮机的设计工况进行数值模拟，模拟结果求出的空化系数与模型试验非常吻合。在一定的时段对机组的运行工况进行数值模拟，利用模拟结果可得到该时段叶片各个区域上的空化系数，从而判断该区域是否发生空化空蚀。把不同时段的结果进行汇总，则可以得到整个叶片上发生空化空蚀的总区域和各区域发生空蚀破坏的程度，从而对水轮机何时进行检修提供理论指导，使水电站经济效益达到最大化。     

空蚀区空化水流特性的实验研究

实验研究了空蚀区空泡溃灭特性.实验在浙江工业大学水力学实验室空化水洞中进行,采用高速摄影技术观测了不同掺气体积分数下空蚀段的空化云形态,并量测了空化水流的压力.利用绘制的空化数曲线对空泡溃灭进行了分析处理,得到了空化水流在空蚀段沿程变化的特征.结果表明:在不同的掺气体积分数下,对应于各种不同的空化形态,空蚀段空化水流表现出不同的特点;空化数有一个突然上升的过程,在此过程中空泡大量溃灭.     

离心泵内部空化流动的定常数值模拟及性能预测

为了研究离心泵内部的空化流动,利用fluent软件中的空蚀模型及混合流体两相流模型,对离心泵的三维湍流空蚀流场进行定常数值模拟,并根据模拟结果显示的液相和空泡相流动特征,预测了离心泵在设计工况下运行时流道内空化发生的位置和程度;通过分析空蚀发生过程中叶片上的压力分布,揭示出离心泵流道内部流场的内在特性,最后对泵的性能进行了预测,说明数值模拟可以为离心泵在特定工况下运行时的空化性能预测提供依据。     

不同空化数下螺旋桨叶片表面空蚀风险分布研究

探究了不同空化数下E779A螺旋桨叶片表面空蚀风险分布及其影响机制。采用大涡模拟（large eddy simulation,LES）方法和ZGB(zwart-gerbera-belamri)空化模型对不同空化数下绕E779A螺旋桨的空化流动进行了数值模拟研究,数值计算结果与实验结果吻合良好,预测的非定常空化形态与实验结果基本一致。在此基础上,基于改进的灰度值法开展了不同空化数下螺旋桨叶片表面空蚀风险研究。结果表明,改进的空蚀风险预报方法可以较好地预报空蚀风险。在其他条件一致的前提下,空化数的降低将使桨叶表面空蚀风险区域的覆盖面积增大,相应的表面空蚀风险强度最大值也将逐渐增加,桨叶表面中高空蚀风险覆盖面积随之增大。     

国外泄水建筑物掺气减蚀研究

泄槽掺气设施是目前较为通用的工程减蚀措施,前人对其掺气机理与布置形式进行了大量的研究工作,其中,国外的工作侧重于机理研究,主要探讨空化空蚀的发生、水流的掺气过程及气体的逸出过程等,而国内的工作则紧密结合工程实际,重点研究掺气浓度的减蚀效果及掺气设施的布置方式。对国外相关研究工作进行了系统的回顾,希望能够在理论及实践上对我国高坝泄洪的掺气减蚀问题提供一定的借鉴。     

三角形突体初生空化与空蚀的试验研究

通过不同高度与不同边坡组合的等腰三角形实体初生空化试验和突体后水泥砂浆材料的初生空蚀试验．量测了初生空化数、初生空蚀数和空蚀麻点率．并预测了５０ｍ／ｓ。流速级时初生空化数和砂浆表面出现麻点的初生空蚀教．得到的预测值与已有的原型观测值比较，基本一致，为拟定相应的不平整度控制标准提供了依据。     

长短交错叶片对离心泵空蚀特性的影响

为了改善离心泵的抗空蚀性能,本文建立3种不同叶片进口形状的叶轮模型。利用数值模拟方法对不同工况下的3种叶轮叶片形状下的离心泵在不同空化余量时内部流动规律进行了研究,分析不同工况下离心泵内部流场特性及空化特性、以及不同空化余量下3种叶片叶轮内的空蚀特性。结果表明:长叶片离心泵最容易发生空化产生空蚀损伤;短叶片和长短交错叶片离心泵较宽的叶轮进口喉部面积改善了泵在叶轮进口处的吸入性能,具有最佳的抗空蚀性能,空蚀损伤区域面积和空蚀强度有显著的减小。由于叶型的不同,短叶片叶轮的扬程与效率有明显的下降,往往达不到设计所需求的扬程和效率。综合比较下,长短交错叶片在不影响离心泵扬程和效率的前提下具有最佳的抗空化效果,有效地改善了离心泵的空蚀性能。     

Characteristics of Vibration Induced by Cavitation

Cavitation-induced vibration characteristics and the relations between the vibration and cavitation are studied. Cavitation vibrations are measured around a model hollow-jet valve by an accelerometer under cavitating and non-cavitating conditions. The measurement data is analyzed by FFT method. The corresponding cavitating flow patterns are photographed by a high-speed camera with an xenon flash lamp. The frequency band of the vibration induced by cavitation is determined. To compare the vibration intensities under different cavitation conditions, a definition of vibration acceleration level is introduced based on power spectral density of the vibration. By the analysis of vibration, the definitions of characteristic cavitation number are suggested. According to these cavitation numbers, the cavitation process is divided into three stages, that is, incipient cavitation, subcavitation and supercavitation.     

考虑叶顶间隙的螺旋轴流式混输泵主流道内空化特性

为揭示叶顶间隙对螺旋轴流式混输泵主流道内空化特性的影响,基于Rayleigh-Plesset方程的Zwart-Gerber-Belamri空化模型,采用SST k-ω湍流模型在不同空化阶段下对螺旋轴流式混输泵主流道内的空化特性进行研究,通过考虑叶顶间隙更为精准地揭示螺旋轴流式混输泵主流道的空化情况。结果表明:在叶顶处,除了流道内出现低压区和空泡外,在叶片吸力面表面也出现低压区和空泡分布;在临界空化阶段,叶轮进口以及叶片进口叶顶间隙处存在微弱的空泡分布;随着空化的发展,到断裂空化阶段,空泡分布区域由叶片压力面移动到叶片吸力面,说明叶顶间隙对混输泵主流道内的空化性能产生较大的影响。本文的研究结果可为螺旋轴流式混输泵空化性能的改善提供工程参考。     

轴流式水轮机内流场整体三维数值解析

对轴流式水轮机从蜗壳进口至尾水管出口全流道的三维粘性数值解析问题进行了研究,详细地分析了该轴流式水轮机的能量特性及空化特性,分析该转轮引起间隙空化的主要原因.为下一步的改善其转轮空化性能提供理论基础.     

Effect of total phosphorous pollution on cavitation pressure characteristics of working water used in turbines

Many experiments have proven that with increasing silt and gas(out-of-phase media)content in water,the cavitation characteristics change and the cavitation pressure increases.Currently,many large reservoirs in China are polluted by total phosphorus(TP)and other chemical contaminants because of the use of phosphate fertilizer runoff from agriculture.However,research regarding how chemical pollutants(in the form of out-of-phase media)affect the cavitation pressure characteristics of water is sparse.In this paper,the Goupitan Hydropower Station,the largest hydropower reservoir on the Wujiang River,which is heavily polluted by TP,is taken as an example to evaluate the effects of chemical pollution on water cavitation pressure characteristics.In this study,the cavitation pressure characteristics of polluted and clean water are compared.The results show that the cavitation pressure of water polluted by chemicals is larger than that of clean water.In a hydraulic power generation system,cavitation and cavitation erosion are likely to occur earlier in runners when the fluid is polluted.These results are of great importance to further studies of cavitation theory and can directly influence the arrangement of turbines in practical engineering.     

云龙水库泄洪洞空蚀及体形优化研究

结合云龙水库工程实例,综合分析了龙抬头式泄洪洞产生空蚀的原因及该工程产生空蚀的可能性;在满足工程要求的条件下,提出了龙抬头体形修改建议,通过模型试验验证了修改的合理性.     

掺气防止消力池辅助消能工空蚀破坏的研究

对与消力池辅助消能工空蚀破坏有关的主要水力要素掺气浓度、时均水动压强进行了有无强迫掺气的对比试验研究,测量结果说明用挑跌坎式掺气设施促使入消力池水流强迫掺气,可以增大水跃主流区掺气浓度、减小易蚀区时均动水负压,有利防止空蚀破坏。另外,也证实了强迫掺气对改善水跃消能有利。     

水工混凝的空蚀试验及抗空蚀性能

利用旋转圆盘空蚀试验装置,通过在拟定水流条件下对不同配合比混凝土材料的抗空蚀试验,测定并分析了该类蚀材的抗空蚀行为。结果表明,水工混凝土在空蚀荷载的交变应力应变和单向应力应变作用下,其空蚀特征参数（如失重率、麻点率、表面裂缝、潜伏时间等）与疲劳特性指标（如断裂韧性、弹模、强度、硬度等）具有良好的相关关系。     

长江中上游供水泵汽蚀成因分析与改进

本文阐述了供水泵汽蚀的分布、类型及对汽蚀样件进行的定量测定。在实际运行观测和对样件进行分析的基础上，提出了汽蚀的成因和改进措施。     

通气超空泡形态及其稳定性实验研究

通过在水洞中开展的系列实验对通气超空泡形态及其稳定性进行了研究．研究表明，重力对通气过程和关气过程所形成的通气超空泡影响不同，但超空泡轴线变形量都以非线性方式增长．当重力影响较小时，在相同空泡数下，通气超空泡与自然超空泡在形状和尺度上基本相似，并且两者的长细比都随着空泡数的增大而减小．通气超空泡形态不稳定主要有3种表现形式：气泡振荡、空泡界面波动以及空泡界面扭动，它们特点各异，对空泡产生的影响也不同．