空化基礎理論及套用

內容簡介

空化是水動力學中重要的研究方向。空化理論是高性能船舶、火箭發動機、大型水電機組等高端技術研發的基礎。本書在詳細介紹氣核理論與空泡動腳放燥兵力學原理的基礎上，對實際工程中涉及的空化現象進行了系統地說明與解釋。通過本書的學習廈備付，希望讀者能深入理解液-汽（氣）兩相流、空化、空蝕等基本概念，基本掌握水動力學空化的典型模擬方法，了解繞水翼空化湍流演變規律與動力學特徵，初步具備分析工程中各種複雜空化現象的能力。此外，本書也可以為船舶、水利、能源、環境等行業的科技工作者提供技術參考。

圖書目錄

第1章緒論

1.1空化的概念

1.1.1沸騰、汽化與空化

1.1.2空化的定義及內涵

1.1.3空蝕的定義

1.2空化研究的歷史

1.2.1早期的空化研究

1.2.220世紀以來的空化研究

1.3空化凶巴端連的危害

1.3.1水力機械的性能下降

1.3.2流道壁面材料的剝蝕破壞

1.4空化的套用

1.4.1空化減阻

1.4.2空化在生物醫療領域的套用

1.4.3空化在其他領域的套用

參考文獻

第2章空化數、空化核及空化類型

2.1空化數

2.1.1空化數的物理意義

2.1.2壓力係數與空化數

2.1.3空化數的套用

2.1.4空化的尺度效應

2.2液體中的空化核

2.2.1空化核與空化

2.2.2空化核模型

2.2.3空化核譜

2.2.4空化核的尺度效應

2.3空化的分類

2.3.1空化的分類方法

2.3.2游移型空化

2.3.3固定型空化

2.3.4漩渦型空化

2.3.5振盪型空化

2.4空化的歷程

2.4.1初生空化階段

2.4.2空化發展階段

2.4.3空化潰滅階段

參考文獻

第3章空泡動力學基礎

3.1靜力平衡的球形空泡

3.1.1靜止液體中單空泡的平衡

3.1.2單空泡靜力平衡時所受的壓力

3.1.3空泡的等溫變化

3.1.4空泡的絕熱變化

3.1.5空泡按理想氣體狀態方程變化

3.2瑞利方程鑽尋糊

3.2.1空泡運動的速促察簽度勢函式

3.2.2空泡壁面處液體運動的拉格朗日積分式

3.2.3瑞利方程的變換形式

3.3純汽泡的運動特性

3.3.1純汽泡的泡壁運動方程

3.3.2純汽泡的突然膨脹過程

3.3.3純汽泡的突然壓縮過程

3.4純氣泡的絕熱膨脹與壓縮

3.4.1純氣泡的一般運動方程

3.4.2純氣泡的絕熱膨脹

3.4.3純氣泡的絕熱壓縮

3.5純氣泡的等溫膨脹與壓縮

3.5.1純氣泡運動的速度與加速度

3.5.2純氣泡的等溫膨脹

3.5.3純氣泡的等溫壓縮

3.6複合空泡的運動特性

3.6.1複合空泡的絕熱壓縮

3.6.2複合空泡的等溫壓縮

3.7液體物性對空泡的影響

3.7.1液體的黏性

3.7.2液體的表面張力

3.7.3液體的可壓縮性

3.8流海嫌詢場特性對空泡的影響

3.8.1變化的壓力場

3.8.2壓強梯度

參考文獻

第4章初生空化

4.1概述

4.1.1空化的三要素

4.1.2初生空化數的理論值

4.1.3初生空化數的不確定性

4.2空化的尺度效應

4.2.1空化尺度效應的現象

4.2.2空化的模擬公式

4.3初生空化的主要影響因素

4.3.1壁面粗糙度

4.3.2壁面的浸潤性

4.3.3含氣量及空化核分布

4.3.4雷諾數

4.4其他因素對初生空化的影響

4.4.1聚合物

4.4.2固形物含量

4.5初生空化和空化發展對流場的影響歡炒

4.5.1水動力學性能

4.5.2空化誘發噪聲

參考文獻

第5章空化試驗的設備和方法

5.1空化試驗的類型和原則

5.1.1原型觀測

5.1.2套用型試驗

5.1.3基礎型試驗

5.2空化試驗設備

5.2.1空化試驗設備的功能

5.2.2專用空化試驗設備

5.2.3通用空化試驗設備

5.2.4通用空化水洞的主要性能及測試方法

5.3空化試驗的主要內容

5.3.1空化起始觀測

5.3.2空化巨觀形態觀測

5.3.3非定常空化觀測

5.3.4來流空化核測量

5.3.5空化內部結構測量

5.3.6空化流場測量

參考文獻

第6章繞水翼空化流動

6.1概述

6.1.1研究水翼空化的意義

6.1.2水翼的物理參數

6.2繞二維水翼的空化流動

6.2.1典型空化形態

6.2.2空化演化過程

6.2.3空化的演化規律

6.3繞三維水翼的空化流動

6.3.1繞三維水翼空化流動現象

6.3.2繞三維水翼空化流動機理

6.4水翼空化流場的演變特性

6.4.1空化對水翼尾流的影響

6.4.2空泡與漩渦的相互作用

6.4.3空化誘導的壓力脈動

參考文獻

第7章空蝕及其影響因素

7.1空蝕機理

7.1.1空泡的潰滅

7.1.2空泡潰滅時的衝擊波

7.1.3空泡潰滅時的微射流

7.1.4機械作用理論

7.2空蝕強度

7.2.1空蝕的點坑

7.2.2空蝕強度的表示方法

7.3空蝕的影響因素

7.3.1液體的物理性質

7.3.2試驗流速

7.3.3流道壁面的性質

7.3.4試驗時間

7.3.5其他影響因素

7.4空蝕試驗方法

7.4.1振動型空蝕試驗

7.4.2射流型空蝕試驗

7.4.3高速水洞空蝕試驗

7.5材料的抗空蝕性能

7.5.1空化流動潛在的侵蝕能力

7.5.2材料的抗空蝕能力

7.5.3材料的抗空蝕指標

參考文獻

第8章空化流動數值模擬與分析

8.1氣液兩相流概述

8.1.1相的概念

8.1.2氣液兩相流

8.2基於均質平衡流假設的水動力學空化控制方程

8.2.1基於正壓流體狀態方程的空化模型

8.2.2基於質量輸運方程的空化模型

8.2.3空化熱效應的模擬模型

8.2.4多組分空化模擬方法

8.3非定常空化湍流模擬

8.3.1密度修正的濾波器模型

8.3.2動態PANS方法

8.4非定常空化中的渦分析

8.4.1歐拉擬序結構

8.4.2拉格朗日擬序結構

參考文獻

第9章水力機械的空化

9.1水力機械的空化現象

9.1.1常見空化類型

9.1.2水力機械的典型空化狀態

9.2水力機械空化的尺度效應

9.2.1空化尺度效應的現象

9.2.2空化現象的模擬

9.2.3水力機械空化模擬

9.3反擊式水輪機的空化特性

9.3.1水輪機空化係數

9.3.2水輪機的吸出高程

9.4葉片泵的空化特性

9.4.1葉片泵的空化餘量

9.4.2泵的允許吸上高度

9.5水輪機與葉片泵的空蝕

9.5.1水輪機的空蝕

9.5.2葉片泵的空蝕

9.6運行條件對水力機械空蝕的影響

9.6.1水力機械的空蝕強度

9.6.2空蝕損壞量的測定與計算

9.6.3空蝕強度的影響因素

參考文獻

第10章螺旋槳的空化

10.1螺旋槳概述

10.1.1螺旋槳幾何形狀

10.1.2螺旋槳性能參數

10.2螺旋槳典型空化現象

10.2.1空化與螺旋槳性能

10.2.2螺旋槳典型空化形態

10.3非均勻來流下的螺旋槳空化

10.3.1尾流場中的螺旋槳空化

10.3.2空化流場中的螺旋槳壓力脈動

10.3.3螺旋槳壓力脈動激增機理

10.4螺旋槳空化的防治

10.4.1螺旋槳最佳化

10.4.2其他防治措施

參考文獻

作者簡介

羅先武，現任清華大學能源與動力工程系教授、流體機械及工程研究所所長，兼任中國電機工程學會水電設備專業委員會委員、中國水力發電工程學會小水電專業委員會委員、全國水機磨蝕研究中心理事等。

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