空化泡和超空化泡流動理論及應用

前言

空化泡（Cavitation）和空蝕（Cavitation Erosion），最初是因為船舶螺旋槳突然失去推進力而被發(fā)現的。隨后又不斷地發(fā)現凡運轉于液體中的裝置，不僅是船舶螺旋槳，而且所有水力機械裝置和液流通道（如水泵、水輪機等），都可能發(fā)生空化泡和空蝕現象。它是工程科學的一個重要論題，人們對它的研究已有100多年的歷史了。從工程意義上說，空化泡的發(fā)生，意味著該裝置的流體動力性能降低，振動和噪聲急增，以及材料被剝蝕，這些效應通常都是不希望出現的。空化泡作為工程中的一個負面效應，自19世紀末以來，許多研究者都已對空化泡的預測和控制做了大量的探討。國際船模拖曳水池會議（International Towing TankConference，ITTC）、國際船舶流體力學學術討論會（Symposiumon：Naval Hydrodynamics，ONR）、國際空化泡學術討論會（International Symposium on Cavitation，CAV）、美國機械工程師協(xié)會（The American Society 0f Mechanical Engineers，ASME）、國際水力學研究會（International Association for Hydraulic Research，IAHR），以及國際液固沖蝕會議（’International Conference on Erosion by Liguid and Solid Impact，ELSI）等學術組織仍在繼續(xù)定期或不定期地舉辦對空化泡和空蝕研究的學術研討會。由此可知，空化泡論題的重要意義和復雜性。

內容概要

　　空化泡（Cavitation）簡稱空化或空泡，是工程科學中一個重要論題。本書對空化泡和超空泡流動現象的理論及應用的近代發(fā)展作出了較全面的論述，為進一步研究和學習這一論題提供了必要的基礎?！　”緯m有大量理論分析，但重點仍在于應用，并以將“空化泡和超空化泡”作為一種技術加以利用為宗旨。為此，全書對空化機理和空泡流的分析都同樣重視，而對經典理論與近代發(fā)展則以敘述后者為主。內容包括：空化現象引論、氣泡動力學、超空泡流動理論及應用、試驗空泡水洞、數值空化水洞和空化技術?！　”緯趦热萑∩嵘狭η缶珶捄妥⒅貞?，在理論表述上深入淺出，推理清楚，物理概念明確，通過學習，能有效地提高本學科的學術素養(yǎng)水平和研究水平。　　本書可作為艦船設計、水下兵器、流體力學、水力機械、船舶制造和維修、石油、化工、制藥、環(huán)境保護、材料科學、生物工程等有關專業(yè)的工程技術人員的參考書，并可作為有關專業(yè)大學本科高年級學生與研究生選修課教材。

書籍目錄

第1章 空化泡現象引論1．1 空化泡現象和空化數1．2 游移空化氣泡1．3 層狀空化泡和云狀空化泡1．4 超空泡1．5 渦空化1．5．1 梢渦空化1．5．2 剪切流中渦空化1．6 振動空化第2章 空化氣泡動力學2．1 球形空化氣泡的生長和潰滅2．2 近固壁面的空化氣泡生長和潰滅附錄：軸對稱格林函數的計算2．3 云狀空化多個氣泡的生長和潰滅2．4 利用氣泡動力學對空化泡初生的預測第3章 超空泡流動理論及應用3．1 自然超空泡和人工通氣超空泡3．1．1 概述3．1．2 人工通氣超空泡產生的方法3．1．3 通氣超空泡的不穩(wěn)定性和氣體泄漏3．1．4 超空穴閉合的理論模型3．1．5 定常軸對稱超空泡流動的近似計算3．2 超空穴的控制和物體超空泡運動的穩(wěn)定性3．2．1 超空穴尺度控制3．2．2 繞物體超空泡流動時其空穴的可能形式3．2．3 物體超空泡運動縱向（垂向平面）穩(wěn)定性分析3．2．4 物體超空泡運動橫向（水平面）穩(wěn)定性分析3．3 Logvinovich獨立原理及應用3．3．1 Logvinovich獨立原理3．3．2 重力場中超空穴3．3．3 非定常超空泡流3．4 超空泡流中邊界元方法應用3．4．1 定常軸對稱物體超空泡流3．4．2 三維定常超空泡流3．4．3 非定常三維超空泡流3．5 應用邊界元法計算物體在超空泡運動時附加質量和阻尼系數一3．5．1 擾動勢的運動學邊界條件3．5．2 擾動勢在空穴面上動力學邊界條件3．5．3 擾動勢的邊界積分方程式3．5．4 附加質量系數3．5．5 軸對稱空化器首蕩（surge）運動的算例3．6 超空泡流中細長體理論應用3．7 超空泡螺旋槳和穿透自由表面的螺旋槳3．7．1 超空泡螺旋槳流場計算（勢流算法）3．7．2 穿水式通氣螺旋槳數值模擬第4章 試驗空泡水洞4．1 相似律和尺度效應4．1．1 空化初生和局部空泡流的試驗研究4．1．2 自然超空泡流的試驗研究4．1．3 人工通氣超空泡流試驗研究4．2 試驗研究的設備4．3 高速自航船模和高速航行體試驗設備的研制4．4 空泡水洞設計4．4．1 洞體外形及其通解4．4．2 收縮段、擴散段的設計對流動品質影響4．4．3 拐角導葉、蜂窩器和整流器的應用4．4．4 快速除氣系統(tǒng)的應用第5章 數值空泡水洞5．1 超空泡流的筒壁干擾5．2 數值空化水洞的研制5．3 空泡流中相變模型的討論5．3．1 Singhal等人提出的相變模型5．3．2 Chen＆Heister偽密度方程式5．4 局部空泡流和超空泡流的多相CFD模擬第6章 空化技術6．1 應用于清潔和切割的空化射流6．2 空化技術在環(huán)境保護中的應用6．2．1 利用空化殺滅水中的浮游生物6．2．2 利用空化射流分散海面溢油6．2．3 利用空化可氧化水中有機化合物6．3 空化技術在材料科學中的應用6．3．1 乳劑(多成分物質混合物)的均勻化和其中顆粒物的細化6．3．2 利用空化射流沖擊可增強金屬材料的抗疲勞強度6．4 其他應用參考文獻主題詞索引

章節(jié)摘錄

插圖：第1章 空化泡現象引論1.1 空化泡現象和空化數空化泡是液體流動在一定壓力和一定溫度下發(fā)生的汽化（出現含汽空泡）或氣化（出現含氣或含氣與含汽混合的空泡）現象，前者稱為含汽型空化泡（Vaporous Cavitation），后者稱為含氣型空化泡（gaseous cavitation），并統(tǒng)稱為空化泡，常簡稱為空化或空泡（根據習慣，本書亦將混合使用這些名詞）。所以，空化或空泡就是指液流中出現空化氣（汽）泡及其發(fā)展的一種現象。每當降低液流壓力、增大液流速度或提高液體溫度等，都可促使液流發(fā)生空化。在常溫條件下，當環(huán)境壓力低于0．02MPa時，靜態(tài)的水就會汽化。水中微氣泡或浸濕物面縫隙中的微氣泡，在水流中壓力低于某一臨界值時，這些微氣泡的體積會突然增長形成含氣型空化泡。空化是水流或液流在低壓處突然發(fā)生的空泡（汽化或氣化空穴）現象，空化的初生（cavitation inception）不僅與流體的汽化壓力有關，還與液體中氣核的大小和數量有直接關系。眾多試驗研究已表明，突發(fā)性氣泡生長取決于氣核大小、表面張力和粘性效應等多種因素。水中微氣泡和水中夾雜的固態(tài)微顆粒都是產生空化的氣核，在自然界中河水或海水中，微氣泡是氣核的主要成分。由于水中氣核大小與數量的分布常常是不確定的，因此使每個實驗室在空泡水洞試驗中所作出的空化初生的空化條件（空化數）有很大差別。即使是同一物體在同一設備中多次重復試驗的空化條件也常常各不相同。

編輯推薦

《空化泡和超空化泡流動理論及應用》可作為艦船設計、水下兵器、流體力學、水力機械、船舶制造和維修、石油、化工、制藥、環(huán)境保護、材料科學、生物工程等有關專業(yè)的工程技術人員的參考書，并可作為有關專業(yè)大學本科高年級學生與研究生選修課教材。

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