漫談空化(汽蝕)——空蝕新機(jī)理及超空蝕新機(jī)理

2.1 關(guān)于空化和空蝕

2.1.1 目前國內(nèi)的教科書、專著以及歐洲、北美對空蝕產(chǎn)生的機(jī)理基本上是這樣說的：空泡隨液流至高壓區(qū)，在高壓區(qū)潰滅，產(chǎn)生空化噪聲，同時產(chǎn)生空蝕。

這一理論甚至已經(jīng)被應(yīng)用于我國的國防科技研究項目。但這一理論不能有效地解釋工程實際、實驗室及日常生活中出現(xiàn)的大部分空化和空蝕現(xiàn)象。

基于下述理由，我們提出關(guān)于空化和空蝕的新的機(jī)理（下稱“假說1”）：空泡在低壓區(qū)的生成是爆炸式的，因而對緊臨的壁面產(chǎn)生持續(xù)的沖擊并產(chǎn)生“特有的”空化噪聲和振動，導(dǎo)致壁面的疲勞損壞因而出現(xiàn)空蝕。空化噪聲和空蝕的強(qiáng)度由“同一質(zhì)量的液體的汽態(tài)和液態(tài)的體積比VV/VL”決定。VV/VL越大，空化噪聲和空蝕的強(qiáng)度也越大。

2.1.2 關(guān)于超空化（超汽蝕，Super Cavitation）不發(fā)生空蝕的機(jī)理（簡稱為超空蝕機(jī)理），目前公認(rèn)的是：超空化時因為空泡破裂在被保護(hù)體之后, 所以超空化物體得以免于空蝕。

我們提出關(guān)于超空化不空蝕的新的機(jī)理（簡稱為超空蝕機(jī)理，下稱“假說2”）：在空化嚴(yán)重，空泡達(dá)到足夠數(shù)量時, 空泡周圍幾乎都是空泡(周圍含有大量空泡的水的密度變小，相當(dāng)于“汽態(tài)和液態(tài)的體積比VV/VL”變小), 所以空泡生成時其內(nèi)部的壓力也較空泡較少時小，對壁面的沖擊力減小，因而產(chǎn)生的噪聲及振動也低，相應(yīng)地產(chǎn)生的空蝕作用也小【根據(jù)傳熱學(xué)的研究成果，在膜態(tài)沸騰（即超空化）階段，壁面上生成一層蒸汽膜，因而隔離了新生成的空泡對壁面的轟擊】。

據(jù)資料介紹，超汽蝕軸流泵已投入實用，按之前的理論，導(dǎo)葉體的空蝕應(yīng)該很嚴(yán)重，但實際中并未見到這方面的報道；超空化誘導(dǎo)輪也已采用，按之前的理論，后面葉輪的空蝕應(yīng)該很嚴(yán)重，但實際中并未見到這方面的消息。這也間接說明之前關(guān)于空蝕的機(jī)理有問題。

某大型化工企業(yè)（下稱用戶）新上一套水力能量回收裝置。水力回收渦輪機(jī)的進(jìn)口壓力為1.7 MPa，出口壓力為0.7 MPa。介質(zhì)主要成分是水，但內(nèi)含部分CO2氣體，溫度為45℃。

用戶擔(dān)心在壓力從1.7 MPa降低到0.7 MPa的過程中，介質(zhì)中含有的CO2氣體會析出形成氣泡，   從而會使渦輪機(jī)產(chǎn)生空蝕。

用戶的擔(dān)心是不必要的。因為分散存在于水中的CO2氣體和由于壓力降低從而析出并匯集于一起形成較大氣泡時的CO2氣體，并非由液態(tài)CO2蒸發(fā)所產(chǎn)生，因而根據(jù)“假說1”，不會出現(xiàn)空蝕。