空化泡和超空化泡流動(dòng)理論及應(yīng)用

前言

空化泡（Cavitation）和空蝕（Cavitation Erosion），最初是因?yàn)榇奥菪龢蝗皇ネ七M(jìn)力而被發(fā)現(xiàn)的。隨后又不斷地發(fā)現(xiàn)凡運(yùn)轉(zhuǎn)于液體中的裝置，不僅是船舶螺旋槳，而且所有水力機(jī)械裝置和液流通道（如水泵、水輪機(jī)等），都可能發(fā)生空化泡和空蝕現(xiàn)象。它是工程科學(xué)的一個(gè)重要論題，人們對(duì)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(dòng)力性能降低，振動(dòng)和噪聲急增，以及材料被剝蝕，這些效應(yīng)通常都是不希望出現(xiàn)的?？栈葑鳛楣こ讨械囊粋€(gè)負(fù)面效應(yīng)，自19世紀(jì)末以來，許多研究者都已對(duì)空化泡的預(yù)測(cè)和控制做了大量的探討。國(guó)際船模拖曳水池會(huì)議（International Towing TankConference，ITTC）、國(guó)際船舶流體力學(xué)學(xué)術(shù)討論會(huì)（Symposiumon：Naval Hydrodynamics，ONR）、國(guó)際空化泡學(xué)術(shù)討論會(huì)（International Symposium on Cavitation，CAV）、美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì)（The American Society 0f Mechanical Engineers，ASME）、國(guó)際水力學(xué)研究會(huì)（International Association for Hydraulic Research，IAHR），以及國(guó)際液固沖蝕會(huì)議（’International Conference on Erosion by Liguid and Solid Impact，ELSI）等學(xué)術(shù)組織仍在繼續(xù)定期或不定期地舉辦對(duì)空化泡和空蝕研究的學(xué)術(shù)研討會(huì)。由此可知，空化泡論題的重要意義和復(fù)雜性。

內(nèi)容概要

　　空化泡（Cavitation）簡(jiǎn)稱空化或空泡，是工程科學(xué)中一個(gè)重要論題。本書對(duì)空化泡和超空泡流動(dòng)現(xiàn)象的理論及應(yīng)用的近代發(fā)展作出了較全面的論述，為進(jìn)一步研究和學(xué)習(xí)這一論題提供了必要的基礎(chǔ)?！　”緯m有大量理論分析，但重點(diǎn)仍在于應(yīng)用，并以將“空化泡和超空化泡”作為一種技術(shù)加以利用為宗旨。為此，全書對(duì)空化機(jī)理和空泡流的分析都同樣重視，而對(duì)經(jīng)典理論與近代發(fā)展則以敘述后者為主。內(nèi)容包括：空化現(xiàn)象引論、氣泡動(dòng)力學(xué)、超空泡流動(dòng)理論及應(yīng)用、試驗(yàn)空泡水洞、數(shù)值空化水洞和空化技術(shù)?！　”緯趦?nèi)容取舍上力求精煉和注重應(yīng)用，在理論表述上深入淺出，推理清楚，物理概念明確，通過學(xué)習(xí)，能有效地提高本學(xué)科的學(xué)術(shù)素養(yǎng)水平和研究水平。　　本書可作為艦船設(shè)計(jì)、水下兵器、流體力學(xué)、水力機(jī)械、船舶制造和維修、石油、化工、制藥、環(huán)境保護(hù)、材料科學(xué)、生物工程等有關(guān)專業(yè)的工程技術(shù)人員的參考書，并可作為有關(guān)專業(yè)大學(xué)本科高年級(jí)學(xué)生與研究生選修課教材。

書籍目錄

第1章 空化泡現(xiàn)象引論1．1 空化泡現(xiàn)象和空化數(shù)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(dòng)空化第2章 空化氣泡動(dòng)力學(xué)2．1 球形空化氣泡的生長(zhǎng)和潰滅2．2 近固壁面的空化氣泡生長(zhǎng)和潰滅附錄：軸對(duì)稱格林函數(shù)的計(jì)算2．3 云狀空化多個(gè)氣泡的生長(zhǎng)和潰滅2．4 利用氣泡動(dòng)力學(xué)對(duì)空化泡初生的預(yù)測(cè)第3章 超空泡流動(dòng)理論及應(yīng)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(chǎn)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(duì)稱超空泡流動(dòng)的近似計(jì)算3．2 超空穴的控制和物體超空泡運(yùn)動(dòng)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(dòng)時(shí)其空穴的可能形式3．2．3 物體超空泡運(yùn)動(dòng)縱向（垂向平面）穩(wěn)定性分析3．2．4 物體超空泡運(yùn)動(dòng)橫向（水平面）穩(wěn)定性分析3．3 Logvinovich獨(dú)立原理及應(yīng)用3．3．1 Logvinovich獨(dú)立原理3．3．2 重力場(chǎng)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(yīng)用3．4．1 定常軸對(duì)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(yīng)用邊界元法計(jì)算物體在超空泡運(yùn)動(dòng)時(shí)附加質(zhì)量和阻尼系數(shù)一3．5．1 擾動(dòng)勢(shì)的運(yùn)動(dòng)學(xué)邊界條件3．5．2 擾動(dòng)勢(shì)在空穴面上動(dòng)力學(xué)邊界條件3．5．3 擾動(dòng)勢(shì)的邊界積分方程式3．5．4 附加質(zhì)量系數(shù)3．5．5 軸對(duì)稱空化器首蕩（surge）運(yùn)動(dòng)的算例3．6 超空泡流中細(xì)長(zhǎng)體理論應(yīng)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(chǎng)計(jì)算（勢(shì)流算法）3．7．2 穿水式通氣螺旋槳數(shù)值模擬第4章 試驗(yàn)空泡水洞4．1 相似律和尺度效應(yīng)4．1．1 空化初生和局部空泡流的試驗(yàn)研究4．1．2 自然超空泡流的試驗(yàn)研究4．1．3 人工通氣超空泡流試驗(yàn)研究4．2 試驗(yàn)研究的設(shè)備4．3 高速自航船模和高速航行體試驗(yàn)設(shè)備的研制4．4 空泡水洞設(shè)計(jì)4．4．1 洞體外形及其通解4．4．2 收縮段、擴(kuò)散段的設(shè)計(jì)對(duì)流動(dòng)品質(zhì)影響4．4．3 拐角導(dǎo)葉、蜂窩器和整流器的應(yīng)用4．4．4 快速除氣系統(tǒng)的應(yīng)用第5章 數(shù)值空泡水洞5．1 超空泡流的筒壁干擾5．2 數(shù)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(shù)6．1 應(yīng)用于清潔和切割的空化射流6．2 空化技術(shù)在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)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(jī)化合物6．3 空化技術(shù)在材料科學(xué)中的應(yīng)用6．3．1 乳劑(多成分物質(zhì)混合物)的均勻化和其中顆粒物的細(xì)化6．3．2 利用空化射流沖擊可增強(qiáng)金屬材料的抗疲勞強(qiáng)度6．4 其他應(yīng)用參考文獻(xiàn)主題詞索引

章節(jié)摘錄

插圖：第1章 空化泡現(xiàn)象引論1.1 空化泡現(xiàn)象和空化數(shù)空化泡是液體流動(dòng)在一定壓力和一定溫度下發(fā)生的汽化（出現(xiàn)含汽空泡）或氣化（出現(xiàn)含氣或含氣與含汽混合的空泡）現(xiàn)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(jiǎn)稱為空化或空泡（根據(jù)習(xí)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(xiàn)空化氣（汽）泡及其發(fā)展的一種現(xiàn)象。每當(dāng)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(dāng)環(huán)境壓力低于0．02MPa時(shí)，靜態(tài)的水就會(huì)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(shí)，這些微氣泡的體積會(huì)突然增長(zhǎng)形成含氣型空化泡?？栈撬骰蛞毫髟诘蛪禾幫蝗话l(fā)生的空泡（汽化或氣化空穴）現(xiàn)象，空化的初生（cavitation inception）不僅與流體的汽化壓力有關(guān)，還與液體中氣核的大小和數(shù)量有直接關(guān)系。眾多試驗(yàn)研究已表明，突發(fā)性氣泡生長(zhǎng)取決于氣核大小、表面張力和粘性效應(yīng)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(chǎn)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(shù)量的分布常常是不確定的，因此使每個(gè)實(shí)驗(yàn)室在空泡水洞試驗(yàn)中所作出的空化初生的空化條件（空化數(shù)）有很大差別。即使是同一物體在同一設(shè)備中多次重復(fù)試驗(yàn)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(dòng)理論及應(yīng)用》可作為艦船設(shè)計(jì)、水下兵器、流體力學(xué)、水力機(jī)械、船舶制造和維修、石油、化工、制藥、環(huán)境保護(hù)、材料科學(xué)、生物工程等有關(guān)專業(yè)的工程技術(shù)人員的參考書，并可作為有關(guān)專業(yè)大學(xué)本科高年級(jí)學(xué)生與研究生選修課教材。

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