针状突体空化结构的高速摄影观察

应用高速摄影技术在直流式水洞中对针状突体的空化结构进行了试验研究。试验流速为8～40m/s,高速摄影机拍摄速率为20000fps,曝光时间为4μs。观察了不同流速下针状突体后空化云的形态以及随流动的演变情况,及不同掺气量对空化云的影响。此外,还给出针状突体空化区包络线（自由流线）的表达式。     

论掺气减蚀

根据国内外大量的工程实例，对掺气减蚀作用、掺气减蚀风险、“龙抬头”式泄洪洞反弧的掺气减蚀问题，掺气槽的数量及掺气槽的布置方法进行了广阔的讨论，得到了几个实用性结论，供有关设计、科研人员参考。     

掺气减蚀研究的新方向

利用针式掺气流速仪测量掺气浓度场、流速场，气泡尺寸及其概率分布的研究成果表明，原型水流韦伯数高，形成微小气泡的能力比模型强，气泡上浮慢，接近底部的小尺寸气泡概率及掺气浓度比模型大，0．2mm或0．5mm以下的微小气泡可能在掺气减蚀中起着主要作用，完善掺气检测仪器，加强掺气水流中气泡尺寸及其概率分布的观测，比较不同气泡尺寸的掺气减蚀作用，建立多级气泡尺寸的掺气水流数学模型，是今后掺气减蚀研究的新方向。     

掺气减蚀技术及掺气设施研究进展

为优化掺气设施体型并对其水力特性进行研究,在已有理论研究成果与工程实践经验基础上,从水流掺气减蚀机理、掺气水流运动特性及掺气设施体型及布置三方面评述了水流掺气减蚀技术研究进展。针对目前掺气减蚀技术研究中存在的不足,认为今后应进一步加强多泡情况下空化泡-空气泡-边壁微观作用机制,近壁(底板、侧壁)水体掺气浓度、气泡特征的沿程演变规律,复杂条件下掺气设施体型优化等方面的研究。     

特高速掺气水流对空化的影响

根据特高速掺气水流所表现的可压缩性，利用连续方程和动量方程，并考虑水流粘滞性和脉动影响，将掺气水流当作单向流分析。水流流经不平整体时，其后可产生在掺气情况下仍不能消除的负压。此时，空化已不可避免，且随马赫数增加，掺气反而会使负压值增加，因而，将不再具有减蚀作用。     

三峡工程溢流坝掺气减蚀研究

三峡工程最大水头１１３ｍ，溢流坝最高流速达３５ｍ／ｓ，对泄流面平整度要求很高，施工很难作到。为方便施工和溢流面不发生空蚀，研究采用掺气槽。结合国内外已建工程，尤其是乌江渡工程的经验，三峡工程表孔选用组合式掺气槽，其面积取６．８ｍ＾２，槽深１．２ｍ，挑坎高０．８ｍ，通气孔直径１．３ｍ，槽内负压值６６７ｍｍ水柱，通气孔布置在两侧闸墩上。深孔掺气槽参考龙羊峡水电站的突跌形式，弧门下游跌差２．０ｍ，通气孔     

白莲崖水库泄洪隧洞掺气坎布置试验研究

在高水头泄洪建筑物设计中,由于过流建筑物体形不合理、表面不平整或脉动压力影响,水流可能产生空化,对建筑物造成空蚀破坏。如何避免空蚀破坏是难点之一。本文介绍了通过大比尺模型进行白莲崖水库泄洪隧洞掺气坎布置研究的主要研究内容,提供了掺气坎设计方案的试验成果,可供类似工程设计参考。     

掺气减蚀减压模型相似律问题的探讨

通过大朝山水电站表孔减压水力学模型试验结果与原型资料对比分析,对掺气减蚀减压水力学模型与原型之间的相似律问题进行了研究。研究结果表明,传统水力学减压试验方法在掺气减蚀减压模型中,由于存在模型和原型之间掺气不相似、初生空化界限不明确等问题,致使模型水流空化特性试验结果与原型差异比较大,只有通过空化部位水流掺气相似得到的减压模型试验结果才能与原型空化达到基本相似的要求。     

水力提升管道大颗粒运动特性的高速摄影分析

为提高管道水力输送安全性,本文利用高速摄影技术对水力提升系统中大颗粒的运动规律进行了试验研究,观察了颗粒及颗粒群体的运动状态.通过数字图像处理技术,得到了单颗粒的运动轨迹和颗粒群分布规律,同时获得了颗粒轴向速度、径向速度等各种运动参散,并分析了颗粒粒径对其轴向速度的影响.研究发现单颗粒基本上属于螺旋式上升的状态;颗粒群主要集中于管道的中心;颗粒的轴向速度在沿管径的分布类似于抛物线分布,大小基本上与颗粒的粒径成反比;径向速度沿管径基本符合正态分布.     

不同掺气孔径下水流空化特性试验研究

空化数反映了压力变化对水流空化特性的影响.该文基于浙江工业大学水力学实验室设计的直流式水洞,利用先进的量测设备对空化区中空化特性进行了试验研究.通过对不同流速不同掺气孔径下圆柱突体上下游空化数的对比分析,得出了不同掺气孔径下空化数的变化趋势有关的结论.该结论可供设计优化掺气设施时参考.     

The effect of viscosity on the cavitation characteristics of high speed sleeve bearing

The effect of viscosity on the cavitation characteristics of a high speed sleeve bearing is investigated theoretically and experimentally. The cavitation characteristics, the cavitation shape and the cavitation location of a spiral oil wedge hydrodynamic bearing are investigated experimentally by using the transparent bearing and the high-speed camera. The generalized Reynolds equation is established with considerations of the cavitation mechanism based on the modified Elrod method in theory, and the cavitations of different viscosity sleeve bearings are analyzed and compared. It is shown that the cavitations are strip-shaped for both the high viscosity lubricant and the low viscosity lubricant, and in the rupture region of the oil film at a high speed, the oil vapour or bubbles are produced. With the decrease of the supply pressure and the increase of the rotating speed, the rupture area of the oil film increases distinctly. The cavitation area decreases distinctly and the quality of lubrication is better for the low viscosity lubricant than for the high viscosity lubricant. The experiment results in general are consistent with the theoretical results.     

微型高速离心泵多工况内部空化特性分析

基于CFX软件和RNG k-ε湍流模型,研究了不同流量和不同进口压力条件下泵内空化流动的特性。通过Rayleigh-Plesset方程均相流动空化模型分析了叶轮内的空泡数与叶轮扭矩随空化系数变化的关系,空化的初生、主要位置和流道的静压变化特性。结果表明:空泡体积随空化系数的减小而增大,空化初生在叶片前缘及附近流道。随着进口压力的减小,诱发空化的低压区主要集中于叶片与流道的中部且压力分布不均匀。各小流量工况下,扭矩变化随着空化系数的减小而减小,在空化系数较大时,不同工况下的扭矩均会有不规则波动且各曲线变化临界点会随着流量的增加逐渐向前移动,但总体变化趋势大致相同。本文研究的微型高速泵内空化流场的特性及空化对泵稳定运行性能的影响可供设计较高运行效率的微型高速离心泵参考。     

低比转速离心泵空化性能的数值模拟

为了对低比转速离心泵空化发生时的内部气液两相流动进行分析,应用计算流体力学(CFD)软件对比转速为66的离心泵空化性能进行气液两相流场的数值研究。对不同有效空化余量时叶轮内部气泡分布的研究表明,泵在进口压力较高时就已经在叶片的进口背面产生空化初生,临界空化余量和许用空化余量时,气泡在叶片表面和流道内部均有分布,占据了部分叶轮流道,影响叶轮内部能量交换,并可能对泵造成空蚀。对该实型泵进行试验研究,验证了数值计算的精确度。     

空蚀冲击波模式下气泡尺寸在掺气减蚀中的作用

根据纵波在气液两相流（泡状流）中传播时的衰减规律,从理论上详细探讨了水中单个小气泡、气泡群对压力冲击波衰减所起的作用。结果表明小气泡的尺寸或气泡群的最大概率尺寸是减缓压力波强度的关键因素。给出了减缓已知频率的空化压力冲击波的最有效气泡半径（最大概率半径）的计算公式,对应各种不同的气泡尺寸（最大概率尺寸）压力衰减程度的计算公式。这有助于从微观上深入理解掺气减蚀的机理以及认识掺气减蚀的保护作用。     

离心泵变频调速空化特性数值分析

针对某型卧式单级单吸离心泵构建了三维模型,运用计算流体力学理论,采用多参考系模型(MRF)和两相流的混合模型(M ixture)进行模拟,得到水泵内部压力、汽液两相和汽泡相体积分数随电机输出频率和水泵转速的变化规律。计算结果表明:进口低压区的压力与电机输出频率和水泵转速成反比,当其低于汽化压力时,空化必然产生;泵内汽泡相所占的比例与电机输出频率和水泵转速成正比,比例越大,发生空化的概率越大,且越严重。该分析结果符合工程实际,为变频调速在离心泵中得到更好更合理的应用提供了理论依据。     

二维水翼局部空泡脱落特性数值分析

空化是水动力学中特有的一种物理现象,研究空化现象对改善水力机械和舰船推进器性能具有很现实的工程意义,发展空泡流动的数值模拟技术是现在空化研究领域中的热点.本文通过Fluent软件提供的二次开发接口,把基于状态方程的空化模型添加到Fluent软件中,并采用非线性汽、液湍流黏性计算模式实现了二维水翼定常、非定常空泡流动的数值模拟.计算的定常空泡翼型表面的压力分布与试验吻合较好,模拟了非定常空泡从初生、发展、断裂、脱落以及在下游溃灭的整个过程.揭示了空泡内部流动结构和非定常周期性脱落的原因.通过数值模拟与试验对比,研究了空泡脉动的数的规律.