掺气泡大小对空化区和空蚀区空泡特性影响的试验研究

论文摘要

随着水力水电事业的发展，高速水流空化空蚀成为水利界普遍关注的问题。为了减免高速水流空化产生的空蚀破坏，常在低压区或易发生空蚀部位上游设置掺气设施强迫掺气。而半个多世纪以来，在泄水建筑物过流壁面掺气减蚀措施方面研究比较普遍深入，但关于掺气泡大小与掺气体积分数、流速各相关量之间的关系研究十分贫乏，有待在理论研究上有一个突破性进展。本论文在浙江工业大学水力学实验室的直流式水洞中利用三维粒子图像测速仪（PIV）、高速摄影机、SINOCERA-YE6263压力数据采集系统，对空化区和空蚀区掺气泡与空化泡之间的相互作用进行了系统的试验研究。试验测量了不同大小掺气泡、掺气体积分数、流速下，半圆柱突体和圆柱突体后空化区压力和空化数的变化，空蚀区压力和空化数的变化。揭示了空化区空化云的形态、随流运动的演变情况，空蚀区空泡溃灭的情况，不同大小掺气泡对空泡生成和溃灭的影响。分析了不同大小掺气泡对空化区和空蚀区垂向流速、纵向流速的影响。试验结果表明：在有效的减免空蚀的掺气体积分数下，对于高10mm，底部直径为6mm的半圆柱突体，在掺气孔直径d=2mm时空化数达到最大值。对于高5mm，底部直径为6mm的圆柱突体，在掺气孔直径d=10mm时更能减免空蚀的发生。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 绪论
• 1.1 掺气泡大小对空泡特性影响的研究背景及意义
• 1.2 掺气泡大小对空泡特性影响的国内外研究现状
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第二章 试验设备与量测技术
• 2.1 水洞系统
• 2.2 DANTEC- PIV
• 2.3 PHOTRONAPX- RS 高速摄影机
• 2.4 SINOCERA - YE6263 压力数据采集系统
• 2.5 SCANIVALUE 多点压力扫描阀系统
• 2.6 UFLO 2000 P 超声波流量计
• 2.7 试验模型
• 2.8 空气、氮气
• 第三章 空化区掺气泡大小对空泡特性影响的试验研究
• 3.1 半圆柱突体空化区空泡特性试验研究
• 3.1.1 试验设备和分析方法
• 3.1.2 高速摄影分析
• 3.1.3 压力分析
• 3.2 圆柱突体空化区空泡特性试验研究
• 3.2.1 流场分析
• 3.2.1.1 流场中速度分析方法
• 3.2.1.2 矢量图分析
• 3.2.1.3 纵向流速分析
• 3.2.1.4 垂向流速分析
• 3.2.2 高速摄影分析
• 3.2.2.1 速度 V = 20.147 m/ s 时的高速摄影分析
• 3.2.2.2 速度 V = 29.764 m/ s 时的高速摄影分析
• 3.2.3 压力分析
• 3.2.3.1 试验装置和测压点布置位置
• 3.2.3.2 流速 V = 20.147 m/ s 时的压力分析
• 3.2.3.3 流速 V = 29.764 m/ s 时的压力分析
• 3.2.3.4 两流速下的压力比较
• 3.3 本章小结
• 第四章 空蚀区掺气泡大小对空泡特性影响的试验研究
• 4.1 试验设备和分析方法
• 4.2 空蚀区流场分析
• 4.2.1 矢量图分析
• 4.2.2 纵向流场分析
• 4.2.3 垂向流场分析
• 4.3 空蚀区高速摄影分析
• 4.3.1 流速 V= 24.314 m / s 时的高速摄影分析
• 4.3.2 流速 V= 34.914 m / s 时的高速摄影分析
• 4.4 空蚀区压力场分析
• 4.4.1 流速 V= 24.314 m / s 时的压力分析
• 4.4.2 流速 V= 34.194 m / s 时的压力分析
• 4.4.3 两流速下的压力比较
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 试验结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录
• 申请专利