空化(汽蚀)——空蚀新机理及超空蚀新机理

漫谈空化(汽蚀)——空蚀新机理及超空蚀新机理

2.1 关于空化和空蚀

2.1.1 目前国内的教科书、专著以及欧洲、北美对空蚀产生的机理基本上是这样说的：空泡随液流至高压区，在高压区溃灭，产生空化噪声，同时产生空蚀。

这一理论甚至已经被应用于我国的国防科技研究项目。但这一理论不能有效地解释工程实际、实验室及日常生活中出现的大部分空化和空蚀现象。

基于下述理由，我们提出关于空化和空蚀的新的机理（下称“假说1”）：空泡在低压区的生成是爆炸式的，因而对紧临的壁面产生持续的冲击并产生“特有的”空化噪声和振动，导致壁面的疲劳损坏因而出现空蚀。空化噪声和空蚀的强度由“同一质量的液体的汽态和液态的体积比VV/VL”决定。VV/VL越大，空化噪声和空蚀的强度也越大。

2.1.2 关于超空化（超汽蚀，Super Cavitation）不发生空蚀的机理（简称为超空蚀机理），目前公认的是：超空化时因为空泡破裂在被保护体之后, 所以超空化物体得以免于空蚀。

我们提出关于超空化不空蚀的新的机理（简称为超空蚀机理，下称“假说2”）：在空化严重，空泡达到足够数量时, 空泡周围几乎都是空泡(周围含有大量空泡的水的密度变小，相当于“汽态和液态的体积比VV/VL”变小), 所以空泡生成时其内部的压力也较空泡较少时小，对壁面的冲击力减小，因而产生的噪声及振动也低，相应地产生的空蚀作用也小【根据传热学的研究成果，在膜态沸腾（即超空化）阶段，壁面上生成一层蒸汽膜，因而隔离了新生成的空泡对壁面的轰击】。

据资料介绍，超汽蚀轴流泵已投入实用，按之前的理论，导叶体的空蚀应该很严重，但实际中并未见到这方面的报道；超空化诱导轮也已采用，按之前的理论，后面叶轮的空蚀应该很严重，但实际中并未见到这方面的消息。这也间接说明之前关于空蚀的机理有问题。

某大型化工企业（下称用户）新上一套水力能量回收装置。水力回收涡轮机的进口压力为1.7 MPa，出口压力为0.7 MPa。介质主要成分是水，但内含部分CO2气体，温度为45℃。

用户担心在压力从1.7 MPa降低到0.7 MPa的过程中，介质中含有的CO2气体会析出形成气泡，   从而会使涡轮机产生空蚀。

用户的担心是不必要的。因为分散存在于水中的CO2气体和由于压力降低从而析出并汇集于一起形成较大气泡时的CO2气体，并非由液态CO2蒸发所产生，因而根据“假说1”，不会出现空蚀。