第十三讲水力机械的空化 1、空化的相似率 2、空化的比例效应 3、空化的热力效应 4、改善空化性能的措施和空化的防护 2008-5-1
2008-5-1 1 第十三讲 水力机械的空化 水力机械的空化 1、空化的相似率 、空化的相似率 2、空化的比例效应 、空化的比例效应 3、空化的热力效应 、空化的热力效应 4、改善空化性能的措施和空化的防护 、改善空化性能的措施和空化的防护
1、空化系数的相似性 不考虑空泡对流动的影响，仅从流动相似的角度 来考虑： 1)由于W∝H,V2∝H,因此，相似水力机械 在相似工况下的空化系数相等。 2)对泵的空化比转速，在相似工况下相等。 (以上相似原理只在未发生空化时的流动相似) 在模型与真机装置空化系数相等的条件下，模型与 真机的最低压力和汽化压力的差值相等， 即： (P-R)p=(P-P)m 它表示原型和模型的空化发展程度是相似的。 俱在实际工程中，存在比例效应和热力学效应。 2ǒ
2008-5-1 2 1、空化系数的相似性 、空化系数的相似性 不考虑空泡对流动的影响，仅从流动相似的角度 不考虑空泡对流动的影响，仅从流动相似的角度 来考虑： 1）由于 ，因此，相似水力机械 ，因此，相似水力机械 在相似工况下的空化系数相等。 在相似工况下的空化系数相等。 2）对泵的空化比转速，在相似工况下相等。 ）对泵的空化比转速，在相似工况下相等。 (以上相似原理只在未发生空化时的流动相似） 以上相似原理只在未发生空化时的流动相似） 在模型与真机装置空化系数相等的条件下，模型与 在模型与真机装置空化系数相等的条件下，模型与 真机的最低压力和汽化压力的差值相等， 真机的最低压力和汽化压力的差值相等， 即： 它表示原型和模型的空化发展程度是相似的。 它表示原型和模型的空化发展程度是相似的。 但在实际工程中，存在比例效应和热力学效应。 但在实际工程中，存在比例效应和热力学效应。 W ∝ H V ∝ H 2 2 , ( ) ( ) Pk v − P P p = −k Pv m
2、空化的比例效应 空化的比例效应体现在： (1)Re数的影响：a、对水力损失的影响；b、对流动的影响一不 能完全保证原、模型叶片翼型上的压力分布相同。（空化前） (2) 液体中含气量（空化核）的差别。空化核越多，空化初生越 早。（初生空化） (3)空化发生后，流动成为两相流。同时模型的空化系数通常都 是用能量法确定的，所测的临界空化系数都是在空化发展到 定程度时的空化系数，所以很难保证原、模型临界空化系 数相等（如能量特性的差别）。 (4)绝对尺寸和流速的影响。空泡的产生和成长需要一定的拉应 力和时间，尺寸和流速直接影响拉应力的大小和持续时间。 工程中，泵的空化比例效应一般忽略不计：对于水轮机，通常用 经验公式修正。 2008-5-1
2008-5-1 3 2、空化的比例效应 、空化的比例效应 空化的比例效应体现在： 空化的比例效应体现在： （1）Re数的影响：a、对水力损失的影响； 、对水力损失的影响；b、对流动的影响 、对流动的影响—不 能完全保证原、模型叶片翼型上的压力分布相同。（空化前） 能完全保证原、模型叶片翼型上的压力分布相同。（空化前） （2）液体中含气量（空化核）的差别。空化核越多，空化初生越 ）液体中含气量（空化核）的差别。空化核越多，空化初生越 早。（初生空化） 早。（初生空化） （3）空化发生后，流动成为两相流。同时模型的空化系数通常都 ）空化发生后，流动成为两相流。同时模型的空化系数通常都 是用能量法确定的，所测的临界空化系数都是在空化发展到 是用能量法确定的，所测的临界空化系数都是在空化发展到 一定程度时的空化系数，所以很难保证原、模型临界空化系 一定程度时的空化系数，所以很难保证原、模型临界空化系 数相等（如能量特性的差别）。 数相等（如能量特性的差别）。 （4）绝对尺寸和流速的影响。空泡的产生和成长需要一定的拉应 ）绝对尺寸和流速的影响。空泡的产生和成长需要一定的拉应 力和时间，尺寸和流速直接影响拉应力的大小和持续时间。 力和时间，尺寸和流速直接影响拉应力的大小和持续时间。 工程中，泵的空化比例效应一般忽略不计：对于水轮机，通常用 工程中，泵的空化比例效应一般忽略不计：对于水轮机，通常用 经验公式修正。 经验公式修正
2.1原、模型尺寸及水头不同对空化的影响 原、模型尺寸及水头不同对空化的影响 1、低压区经历的时间： 因 则 m 一般模型的尺寸远小于真机，水头也小于真机，综合后， t切，从这个角度而言，真机比模型的空化程度严重。 2008-5-1
2008-5-1 4 2.1原、模型尺寸及水头不同对空化的影响 原、模型尺寸及水头不同对空化的影响 原、模型尺寸及水头不同对空化的影响 原、模型尺寸及水头不同对空化的影响 1、低压区经历的时间： 、低压区经历的时间： 因 则： 一般 模型的尺寸远小于真机，水头也小于真机，综合后， 尺寸远小于真机，水头也小于真机，综合后， tm<tp,从这个角度而言，真机比模型的空化程度严重。 从这个角度而言，真机比模型的空化程度严重。 p p m m D L D L = W L t = m p p m p m H H D D t t 1 1 =
2.1原、模型尺寸及水头不同对空化的影响 2、水头不同 水头不同，液体承受的拉应力不同： 一般模型水头小于真机，从这个角度而言，真机比模型的空 化程度严重。 综合一、二两因素：模型和真机的空化系数修正公 式： H G p=on+m(1-m)(G-om),m<1 H。 其中O为开始发生空化时的空化系数，Om,Op为外 特性急剧变化时的模型和真机的空化系数 2008-51
2008-5-1 5 2.1原、模型尺寸及水头不同对空化的影响 原、模型尺寸及水头不同对空化的影响 2、水头不同 水头不同，液体承受的拉应力不同： 水头不同，液体承受的拉应力不同： 一般 模型水头小于真机， 模型水头小于真机，,从这个角度而言，真机比模型的空 从这个角度而言，真机比模型的空 化程度严重。 综合一、二两因素：模型和真机的空化系数修正公 综合一、二两因素：模型和真机的空化系数修正公 式： 其中 为开始发生空化时的空化系数， 为开始发生空化时的空化系数， ， 为外 特性急剧变化时的模型和真机的空化系数 特性急剧变化时的模型和真机的空化系数 m p m p H H Z Z = 1 (1 )( ), 1 m p m m p H m m H σ σ= + − σ −σ < σ 1 σ m σ p