初生空化比尺效应的讨论和验证

讨论了在常规循环水洞或在减压箱中进行模型空化试验时,关于初生空化比尺效应的不同观点.指出了在减压箱空化试验中使用的相似律存在的缺陷.为了有效研究初生空化比尺效应,规范液体的抗拉强度为零是必要的.用最新试验成果-喷嘴的初生空化特性,再次验证了经验的初生空化比尺效应.     

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。     

空化机理和比尺效应综述

对空化的形成机理、液体气核存在机理、空化发生的判别指标等进行了总结回顾,综合分析了液体粘性、表面张力、气核含量和压强分布等因素对空化初生的影响,对空化试验中存在的比尺效应,介绍了相关比尺效应的经验公式及应遵循的模型比尺,指出空化机理和比尺效应的研究还有待进一步深入.     

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。     

水工建筑物初生空化数及其比尺效应研究进展

水工建筑物结构水力设计中通常涉及防空蚀设计,一般规定水流空化数σi<0.3的区域或者流速大于15 m/s的部位要进行防空蚀设计.水工建筑物不同部位结构,初生空化数不同,该值的分析一方面通过理论计算,另一方面则是通过减压模型试验,试验不可避免地存在比尺效应.对目前国内外初生空化数的计算公式加以总结,指出不同公式的优缺点及...     

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。     

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．     

初生空化的对比试验—中,德合作研究项目

本文简要地介绍了从１９８７年１０月至１９９９０年１２月进行的中、德合作研究项目－“初生空化比尺效应的对比试验”的主要成果，并对今后进一步研究初生空全比尺效应问题，提出了建议。     

液体抗拉强度与空化比尺效应

本文讨论了在动水力学法测量液体抗拉强度时小文杜时管中有空化，而喉部却出现了“负抗拉强度”的原因。同时利用小文杜里管作为空化器件，探讨了空化比尺效应，说明液体抗拉强度只是影响了临界空化压力pc，而在产生初生空化时,空泡也同样影响到参考点的压力pu。     

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。     

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。     

三峡工程水轮机的浑水特性和磨损特征

针对三峡工程水轮机的运行特点，采用长江天然泥沙进行了三峡水轮机模型浑水试验研究，其目的是了解水流挟沙对三峡水轮机性能的影响、水轮机转轮内泥沙磨损部位及相对强度等，为真机防护及运行提供依据．试验在中国水利水电科学研究院水力机电研究所高精度水力机械通用模型浑水试验台上进行．试验内容包括清浑水能量试验、清浑水临界空化性能与初生空化性能试验、清浑水水压脉动试验和泥沙磨损试验．结果表明，在三峡水电站过机泥沙条件下，水流挟沙对水轮机效率、运行工况及水压脉动的影响很小，而对初生空化影响比较大，即随着含沙量的增大，初生空化系数有增大的趋势．此外，为减轻磨损，汛期浑水工况下水轮机应尽量避免过大开度或超负荷运行，转轮抗磨防护重点部位为叶片出水边和下环内侧面．     

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。     

AN EXPERIMENTAL STUDY ON INCIPIENT CAVITATION EROSION OF FLOOD DISCHARGE TUNNEL WITH ORIFICE

Serial grades of cement mortar specimens have been tested on the model of con-crete-lining flood discharge tunnel with orifice,The results show that incipient cavitation erosionnumber is much smaller than incipient cavitation number.Based on the principle of bubble dy-namics,the flow speed effect on incipient cavitation erosion number for cement mortar is pre-sented.     

EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF CAVITATION IN A SUDDEN EXPANSION PIPE

For sudden expansion pipes,experiments were carried out to study the cavitation inception for various enlargement ratios in high speed flows.The flow velocity of the prototype reaches 50 m/s in laboratory.The relationship between the expansion ratio and the incipient cavitation number is obtained.The scale and velocity effects are revealed.It is shown that Keller’s revised formula should be modified to calculate the incipient cavitation number when the forecasted velocity of the flows in the prototype exceeds the experimental velocity.     

水流初生空化噪声机理分析及试验研究

根据水流的初生空化特性,对其发生发展过程在模型和原型进行系统的试验观测。试验和理论分析表明,水流的初生空化和空蚀可以利用常压水洞来模拟。与减压箱试验结果的比较可知常压水洞更可信和合理。水流的初生空化噪声频率不仅与汽化压力和流体的特性有关,而且还与流体的环境压力分布和速度分布有关,与空化类型关系更为密切。试验和计算表明初生空化噪声频率的分布频段为10kHz—12.5kHz。     

溢洪道底板空蚀发生位置及抗空蚀措施分析

以肯斯瓦特水利枢纽工程为例,通过水工模型试验,测试其设计水位工况下和泄洪消能标准水位工况下溢洪道泄洪时底板的流速及压力分布,并根据空化理论模型对其底板沿程空化数进行了计算。结果表明:可以通过溢洪道流速特性和底板压力分布来分析过流面的空化空蚀特点;在实际工程中,可采用优化过流面的体形、设置掺气减蚀设施、控制溢流面的不平整度以及使用抗空蚀材料等方法来防止空化和空蚀的发生。     

水质和空化比尺效应

本文提出了新的空化数和初生空化数的表达式,说明水体抗拉强度在空化中的作用,并且也指出,除抗拉强度外,水中气核半径及其数量也起着相当大的作用,从而可以解释在试验中即使同一个模型在不同的设备中以及不同的情况下可得差别很大的初生空化数。另外,对模型数据引伸到原型提出了一些具体建议。     

RESEARCH ON HYDRODYNAMIC FORCES OF CAVITATING GRID FINS

Hydrodynamic forces and flow pattern of four kinds of cavitating grid fins with cavitation number from 2.5 to 0.25 were simulated numerically with a bubble two phase flow model embodied in the commercial CFD code Fluent 6. 0.Comparison with experimental datum showed that rules of hy drodynamic forces changing with cavitation number were coordinated with experiment, and cavitation made the ratio of lift to resistance decrease. Calculated axial force and chordal pressure center in all wetted condition or those at cavitation number less than 0. 75 agreed well with experiments. Normal force in all wetted condition was less by 20 per cent. The differences between computation and experiment in the total range of cavitation number were mainly because that the inciplent cavitation number in computation was less than that at experiment.     

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。