空化现象及其模型试验预测的可靠性

预测水力机械和装置中绕流构件的空化特性，是在空化试验设备中进行模型试验的目的，然而尽管采用了谨慎的测试方法和半经验的比尺关系，试验结果的分散性仍然较大。近年来，在对空化初生的比尺效应进行大规模试验研究的过程中，试验液体的抗拉强度受到特别重视。试验清楚地表明，在未考虑水质的情况下，空化试验结果，尤其是初生空化试验的结果分散性较大，据此既不可能确定绕流物体的特征值，也不可能推导出初生空化的比尺关系。通过精确控制空化试验中试验用水的抗拉强度，可以清楚地得出普遍适用的速度、尺寸和粘性比尺影响的简单关系。     

水质与水轮机吸出高度定量关系的探讨

针对黄河上游拉西瓦、河口和乌金峡3座水电站水轮机引用水,测出其初生空化压力与临界空化压力随水中含沙浓度及泥沙粒径变化关系,从泥沙浓度和泥沙粒径的空化压力试验结果得出考虑水质影响的水轮机吸出高度计算公式,为水电站设计提供了重要的设计依据。空化压力受水质影响这一重要发现具有重要而深远的工程意义。     

淹没水射流空化初生的动力判据

传统的空化初生判据没有考察空泡动力效应的影响和空泡的非等温过程，通过对Rayleigh-Plesset方程的适当无因次化，建立了一种既考虑空泡的动力学效应又适合各种绝热指数的简便的空化初生动力判据。计算了不同环境压力对空化初生的影响。     

初生空化数比尺效应的修正

在初生空化位置写出了随流运动的球泡动力方程，估计了方程各项在空化初生时的近似值；以现有的实测资料为依据，选择了能识别的气核失稳的临界半径Rc的大小；给出了原型初生空化数与模型初生空化数的简单关系式；列出了碧口水库孔板洞4个不同比尺减压模型的实测初生空化数，这些模型初生空化数的值相差很大，但由这4个模型初生空化数和本文给出的换算关系得到的原型初生空化数很接近，这原型初生空化数与原型观测结果定性一致。     

初生空化数公式的优化研究

初生空化数是衡量过流体型是否发生空化的判别标准。传统的托马公式认为液流负压值达到液体饱和蒸汽压时即发生空化。近来研究表明,气核和液体抗拉强度等对初生空化有重要影响。有学者认为把托马公式中的液体饱和蒸汽压替换为临界压强更为合理。本文在已有研究的基础上,对空化初生机理和影响空化初生的因素进行分析。认为空化仅是气核克服表面张力和液体饱和蒸汽压膨胀而形成的,并没有克服液体抗拉强度,且在空化源附近的液体几乎不具有抗拉强度,并基于此提出新的初生空化数公式。     

泄水建筑物若干体型初生空化数的合理取值

 在泄水建筑物高速水流防空蚀水力设计中，通常用水流空化数与初生空化数对比，判别该部位(或体型)是否发生空化。关于体型的初生空化数，一般应通过减压试验确定，而在初步设计优选体型过程中，通常就需知其初生空化数。在前人研究成果基础上，通过综合分析，提出若干体型初生空化数，可供当工程不具备进 行减压试验情况下，设计和科研人员参考。     

脉动压力及压力梯度对不平整突体空化初生的影响

本文对六种不平整突体在正负压力梯度状况下的初生空化数进行了试验研究和理论分析，并根据气泡动力学方程建立了脉动压力与气泡振荡半径之间的关系，讨论了脉动压力及压力梯度对不平整突体空化初生的影响，试验结果表明，同一突体在负压力梯度状况下的初生空化数高于正压力梯度状况下的初生空化数；对于非流线型突体，在负压力梯度状况下空化初生时的壁面脉动压力强度低于正压力梯度状况下的脉动压力强度，脉动压力峰值约为七至十二倍的脉动压力均方根值。     

门槽空化的特性分析及影响因素探讨

流经门槽的水流运动是一种复杂的水力学现象,门槽水流的空化会对闸门的正常运行造成严重影响。本文初步阐述了门槽空化的类型,发生的必要条件,门槽的水流结构及门槽中极易发生空化的部位。门槽的临界空化状态在研究空化现象时是很重要的,此时的水流空化数称为初生空化数;水流空化数大于初生空化数,将不会发生空化。本文总结了影响门槽初生空化有几何参数和物理参数两方面,并且详细介绍了几何参数中门槽的宽深比和错距比两个主要参数对门槽初生空化的影响情况。     

大型水力机组中空化现象的比尺效应

大型水力机组中的空化比尺效应关系到真机的空化性能和水电站装机高程的确定．影响水力机组空化比尺效应的主要因素有：机组运行水头、转轮直径、液体中的空气含量以及流动介质本身的性质等等．本文在前人研究的基础上推导出真机与模型机之间的空化相似率，提出了水力机械模型试验台上空化试验应遵循的相似准则．以岩滩电站为例，根据其模型转轮的空化试验和流场理论分析结果推算了岩滩电站真机的空化特性．建议在确定大型水力机组，尤其是三峡机组的吸出高度时，较多的考虑初生空化系数的影响，取用较接近于真机实际的初生空化系数值，从水电站的设计和机组安装上保证转轮内良好的流态，避免空化引起的破坏．     

利用临界空化系数精确确定水轮机出力

简要介绍了临界空化系数和初生空化系数的确定方式及二的区别，指出临界空化系数反映空化状态下的能量性能，初生空化系数则只反映空化状况．重申了临界空化系数在确定水轮机出力方面的作用。指出了安全系数法的缺陷，详细论述了准确地利用临界空化系数确定机组出力或装置空化系数的新方法。     

导流洞改建为孔板泄洪洞水力学问题研究

本文对导流洞改建为孔板泄洪洞时的孔板体型与阻力系数的关系、出口水流收缩系数的计算、泄流能力的计算、雷诺数对孔板初生空化数的影响、初生空化数与体型的关系等进行较深入的研究，提出了系统的计算公式和设计方法。文中提出的消涡环不仅抑制了孔板上游的角隅漩涡，并且还收到了增加阻力系数和结构强度的效果。     

非均匀进流对螺旋桨空化水动力性能的影响

以全附体SUBOFF潜艇桨盘面处标称伴流作为七叶大侧斜桨的非均匀进流,分析了对空化引起的推力和力矩崩溃性能以及叶背梢涡空化初生的影响,描述了非均匀进流条件下空化时推力和力矩的脉动特征、桨叶空化面积和空化形态随周向位置的变化,并给出了伴流中螺旋桨是否出现叶面片空化的区间划分。空化模拟时采用改进Sauer空化模型和修正SST湍流模型。梢涡空化初生依据作者提出的当σ>σi时,叶截面压力系数分布不再改变的相对准则来判定。结果表明,伴流能够有效延迟该桨叶面片空化初生,但同时会使叶背片空化初生提前且空化范围明显增加;在对应敞水效率最高的工况点,伴流使得该桨因空化引起的推力下降起始点较均匀来流时提前量大于7.1%,且叶背梢涡空化初生提前量大于6.7%;即使在空化较为严重的情况下,该桨在伴流场中的推力和力矩脉动幅值也很小;由于桨叶旋向的影响,一周内桨叶空化面积对于艇尾左右舷空间并不完全对称。研究结果可用于分析大侧斜使艇尾桨空化初始航速提高一定程度的现象。     

绕流体初生空化数的概率估计

基于空泡动力学及概率统计理论,本文建议了一种预测绕流体初生空化数的方法。以惯性失稳作为气核空化的标志,定义气核离开绕流体附近拉应力区时恰好生长到失稳临界半径的流场空化数为该气核的初生空化数K_i(R_o),而绕流体初生空化数则视为大量气核初生空化数的数学期望。对不同高、长比的弓形突体给出了数值计算结果,对一特定弓形体给出了实验结果,并对影响初生空化的几个主要因素进行了分析。     

凹槽中的旋涡及初生空化数的估算

本文阐述了凹槽中旋涡形成的力学机制；利用文献［1］中的结果建立了凹槽中旋涡的涡量平衡、能量平衡近似关系式；给出了旋涡初生空化数的表达式，它不仅和凹槽的宽深比有关，还和参数K1有关(K1为流道宽和槽深之比)；对不同的深宽比和K1值计算了凹槽中的旋涡参数和初生空化数，把计算的初生空化数和已有的实测凹槽旋涡初生空化数进行了对比，两者的值和变化趋势基本一致。     

万家寨水电站水中含沙对空化压力的影响

对万家寨水电站含沙量对水力机械内空化压力的影响进行了研究，并利用自行研制的测量装置实测了黄河万家寨水电站含沙水样的初生空化与，临界空化压力．实测结果表明，随着含沙量的增大，初生空化与临界空化压力值均有所提高，且接近线性关系．这一成果可用于所有含沙河流上的水电站水轮机与水泵站水泵合理确定安装高程时的参考．这样做可以减少空蚀与泥沙磨损给运行带来的经济损失．     

水轮机空化现象智能识别的分类模型训练方法

目前国内暂无相关成熟的分类模型训练方法以支持机器自动识别水轮机初生空化现象，针对于此，提出了一种支持向量分类算法(SVCC)用于水轮机空化现象智能识别的分类模型训练，以解决现有技术中分类算法对非线性可分样本数据分类效果不佳的问题。对该分类模型的核函数和超参数选取等环节进行了优化，以更好地适应水轮机空化试验数据的特点。训练好后的分类模型已应用于东方电机有限公司水轮机模型试验台进行水轮机初生空化的识别。实际应用表明，该分类模型能够提高机器对水轮机初生空化现象的识别效率且其最终判别准确率可达80%。     

梢隙流动空化初生及空化形态观测研究

该文描述了在小型多功能高速空泡水筒中,对NACA0012和NACA0024水翼进行梢隙流动空化形态观测,并分析其影响因素和发展规律。实验中通过高速摄像捕捉梢隙空化的结构形态与运动轨迹,分析其随间隙宽度、来流水速以及水翼攻角的变化规律。同时在不同的水速、攻角以及间隙宽度下记录水翼的初生空化数,重点分析了间隙宽度对不同水翼初生空化数的影响规律,发现存在某一间隙宽度使梢涡初生空化数达到最大值。     

验证用于初生空化数检测的比较法

该文作者在若干年前提出了用于初生空化试验的"比较法"的概念.方法的原理是:当初生空化数和消失空化数之差达到最小时,试验液体的抗拉强度就非常接近于零.由此;可以在不用专业仪器的情况下,检测不受液体抗拉强度影响的初生空化数.近年来的的研究成果证实了该"比较法"与使用检测仪器得到的成果具有相同的效果,进一步地验证和讨论了它的合理性.     

水轮机空化在线监测系统设计

现有的水轮机空化在线监测系统大多信号频带窄、仅有单通道且无板上信号处理，造成系统的检测精度比较低且不利于空化空间定位和在线检测。文中提出一种空化在线监测系统，系统的分析频段从1 Hz到500 kHz，扩大了研究频段，便于提高空化检测的精度；系统具有8个通道，提高了检测的空间分辨力，系统板载TI公司数字信号处理器的特点提高了空化信号处理能力并压缩了数据量。在水轮机空化模型试验中采用了该系统。研究发现，随着空化系数减小，加速度信号和声信号的均方根总体均逐渐增大。所以，加速度信号和声信号都可以用来检测空化，其中声信号检测更加可靠。同时，发现在空化初生附近，声信号中高频成分能量百分比达到一个很显著的极值，这对于空化初生检测是很有益的。     

高海拔地区气压环境对高速水流空化特性的影响

为定量评价高海拔地区的低气压环境对水流空化特性的影响程度,通过理论计算单气核临界压强在不同气压条件下的变化,分析单气核临界压强变化对初生空化数的影响程度,并进行不同海拔高程下水流空化数的敏感性分析。研究成果表明:低气压环境下,气核初生空化数和水流空化数均减小,但水流空化数减小的程度远远大于初生空化数减小的程度,其他条件相同的前提下,高海拔地区的高速水流空化空蚀风险增大。研究结论可为高海拔地区高速水流的空化空蚀设计和评价提供参考。