空化空蚀理论及应用

前言

第1章绪论

1.1Rayleigh—plesset方程

1.2空化形成机理

1.2.1液体中的气核

1.2.2气核的生长

1.2.3气泡的溃灭

1.3空化初生

1.3.1初生空化数

1.3.2空化的分类

1.4空化初生的影响因素

1.4.1液体黏性和自由来流速度

1.4.2表面张力

1.4.3气核

1.4.4边壁表面条件

1.4.5压力梯度

1.4.6高分子聚合物

1.4.7热力学

1.4.8气核生长惯性项

1.5空化试验的比尺效应

1.6空化相似律

1.7空化流的数值模拟

1.7.1边界积分法

1.7.2界面跟踪法

1.7.3均质平衡流方法

1.7.4变密度方程法

参考文献

第2章泡动力学基础

2.1泡运动的动力方程

2.1.1静止液体中的泡动力方程

2.1.2流场中的运动泡动力方程

2.2任意流场中空泡的运动方程

2.2.1空泡在任意流场中的受力

2.2.2空泡受力的数量级分析

2.2.3空泡的质心运动方程

2.2.4空泡的径向运动方程

2.2.5空泡在任意流场中的运动控制微分方程

2.3气泡运动的数值方法

2.3.1气泡运动数值模拟的历史

2.3.2边界积分方程

2.3.3空泡的数值模拟结果

参考文献

第3章气核对空化比尺效应的影响

3.1气核密度和分布的相似准则

3.2气核尺度对空化比尺效应的影响

3.3水中气体含量对旋涡空化的影响

3.4气核数量对空化现象的影响

3.4.1气核数量对空化初生的影响

3.4.2气核数量在片状空化向泡状空化转变过程中的作用

3.5气核成分及其对空化现象的影响

3.5.1气核组成成分

3.5.2气核成分对空化的影响

参考文献

第4章脉动压力对空化的影响

4.1气核生长的条件

4.2脉动对气核生长的影响

4.3水流脉动的相似律研究

4.4水流紊动对空化比尺效应的影响

参考文献

第5章高速突扩流空化试验

5.1试验装置制作

5.2试验测试仪器

5.3试验工况

5.4试验测试方法

5.5试验结果及分析

5.5.1试验结果

5.5.2结果分析

参考文献

第6章突扩空化流的三维数值模拟

6.1混合流模型（mixture model）

6.1.1数学方程

6.1.2数学离散方法

6.1.3边界条件

6.1.4计算区域

6.1.5计算结果

6.2k～ε模型结合变密度方程

6.2.1基本方程

6.2.2变密度方程

6.2.3数学离散方法

6.2.4边界条件

6.2.5计算区域

6.2.6计算结果

参考文献

第7章减小空化比尺效应的措施

7.1水中气核饱和度

7.1.1水中气核相似

7.1.2水中气核饱和现象

7.1.3常见的气核发生装置

7.1.4自来水中氯气的影响

7.1.5水中含气量

7.2雷诺数

7.3物体壁面性质

参考文献

水电工程泄水建筑物中常常出现空化导致空蚀破坏的实例，而了解和掌握空化的基本理论有助于防治空蚀破坏。目前，模型试验和数值模拟方法仍是研究空化现象的两种主要研究手段。空化模型试验存在比尺效应，空化水流的数值模拟还有许多地方需要不断完善和提高，张建民、杨庆编著的《空化空蚀理论及应用--空化比尺效应研究》旨在介绍上述领域的相关基础知识和研究成果。在总结前人研究成果的基础上，理论分析研究了空化初生机理和水中气核及脉动压力对空化初生的影响；试验研究了不同流速、不同台阶高度的突扩式后台阶管流的初生空化特性；用紊流混合模型和k~ε结合变密度方程分别对突扩式后台阶三维管流的初生空化进行了数值模拟；提出了进行空化试验时必须考虑的基本原则和措施等。【作者简介】张建民，男，生于1972年，湖北黄梅县人，石河子农学院水利系工学学士，新疆农业大学水利与建筑学院水力学及河流动力学硕士，四川大学水力学及河流动力学博士。2008年入选教育部“新世纪优秀人才支持计划”，2010年被评为四川省学术与技术带头人。现任四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室研究员，承担《水力学》、《高速水力学》、《流体力学》、《粘性流体力学》等本科和硕士的教学课程，已培养博士和硕士研究生15名。主持并完成了3项国家自然科学青年基金、1项教育部重点基金项目；参与国家自然科学基金重点项目、国家973课题和国家科技支撑计划等国家重点（重大）科技项目，溪洛渡水电站、锦屏一级水电站、瀑布沟水电站、向家坝水电站、双江口水电站、两河口水电站、黄金坪水电站、桐子林水电站等一大批国家重点工程科研项目，众多科研成果已成功应用于实际工程中。曾获国家技术发明奖二等奖1项、省部级一等奖4项、二等奖4项，获授权国家发明专利30余项；发表学术论文100余篇，其中被SCI收录20余篇，被EI收录40余篇。 杨庆，男，生于1976年，重庆长寿县人。1999年7月四川大学水电学院本科毕业，2002年7月获四川大学水力学及河流动力学硕士学位。2005年7月获四川大学水力学及河流动力学博士学位。现为四川大学助理研究员，从事水工水力学研究。