空化基础理论及应用

图书标准信息

• 作者 罗先武、季斌、彭晓星、刘德民 著
• 出版社 清华大学出版社
• 出版时间 2020-10
• ISBN 9787302563006
• 定价 45.00元

【内容简介】

空化是水动力学中重要的研究方向。空化理论是高性能船舶、火箭发动机、大型水电机组等高端技术研发的基础。本书在详细介绍气核理论与空泡动力学原理的基础上，对实际工程中涉及的空化现象进行了系统地说明与解释。通过本书的学习，希望读者能深入理解液-汽（气）两相流、空化、空蚀等基本概念，基本掌握水动力学空化的典型模拟方法，了解绕水翼空化湍流演变规律与动力学特征，初步具备分析工程中各种复杂空化现象的能力。此外，本书也可以为船舶、水利、能源、环境等行业的科技工作者提供技术参考。

 

【作者简介】

罗先武，现任清华大学能源与动力工程系教授、流体机械及工程研究所所长，兼任中国电机工程学会水电设备专业委员会委员、中国水力发电工程学会小水电专业委员会委员、全国水机磨蚀研究中心理事等。

【目录】

第1章绪论

 

 

1.1空化的概念

 

 

1.1.1沸腾、汽化与空化

 

 

1.1.2空化的定义及内涵

 

 

1.1.3空蚀的定义

 

 

1.2空化研究的历史

 

 

1.2.1早期的空化研究

 

 

1.2.220世纪以来的空化研究

 

 

1.3空化的危害

 

 

1.3.1水力机械的性能下降

 

 

1.3.2流道壁面材料的剥蚀破坏

 

 

1.4空化的应用

 

 

1.4.1空化减阻

 

 

1.4.2空化在生物医疗领域的应用

 

 

1.4.3空化在其他领域的应用

 

 

参考文献

 

 

第2章空化数、空化核及空化类型

 

 

2.1空化数

 

 

2.1.1空化数的物理意义

 

 

2.1.2压力系数与空化数

 

 

2.1.3空化数的应用

 

 

2.1.4空化的尺度效应

 

 

2.2液体中的空化核

 

 

2.2.1空化核与空化

 

 

2.2.2空化核模型

 

 

2.2.3空化核谱

 

 

2.2.4空化核的尺度效应

 

 

2.3空化的分类

 

 

2.3.1空化的分类方法

 

 

2.3.2游移型空化

 

 

2.3.3固定型空化

 

 

2.3.4漩涡型空化

 

 

2.3.5振荡型空化

 

 

2.4空化的历程

 

 

2.4.1初生空化阶段

 

 

2.4.2空化发展阶段

 

 

2.4.3空化溃灭阶段

 

 

参考文献

 

 

 

 

 

 

第3章空泡动力学基础

 

 

3.1静力平衡的球形空泡

 

 

3.1.1静止液体中单空泡的平衡

 

 

3.1.2单空泡静力平衡时所受的压力

 

 

3.1.3空泡的等温变化

 

 

3.1.4空泡的绝热变化

 

 

3.1.5空泡按理想气体状态方程变化

 

 

3.2瑞利方程

 

 

3.2.1空泡运动的速度势函数

 

 

3.2.2空泡壁面处液体运动的拉格朗日积分式

 

 

3.2.3瑞利方程的变换形式

 

 

3.3纯汽泡的运动特性

 

 

3.3.1纯汽泡的泡壁运动方程

 

 

3.3.2纯汽泡的突然膨胀过程

 

 

3.3.3纯汽泡的突然压缩过程

 

 

3.4纯气泡的绝热膨胀与压缩

 

 

3.4.1纯气泡的一般运动方程

 

 

3.4.2纯气泡的绝热膨胀

 

 

3.4.3纯气泡的绝热压缩

 

 

3.5纯气泡的等温膨胀与压缩

 

 

3.5.1纯气泡运动的速度与加速度

 

 

3.5.2纯气泡的等温膨胀

 

 

3.5.3纯气泡的等温压缩

 

 

3.6复合空泡的运动特性

 

 

3.6.1复合空泡的绝热压缩

 

 

3.6.2复合空泡的等温压缩

 

 

3.7液体物性对空泡的影响

 

 

3.7.1液体的黏性

 

 

3.7.2液体的表面张力

 

 

3.7.3液体的可压缩性

 

 

3.8流场特性对空泡的影响

 

 

3.8.1变化的压力场

 

 

3.8.2压强梯度

 

 

参考文献

 

 

第4章初生空化

 

 

4.1概述

 

 

4.1.1空化的三要素

 

 

4.1.2初生空化数的理论值

 

 

4.1.3初生空化数的不确定性

 

 

4.2空化的尺度效应

 

 

4.2.1空化尺度效应的现象

 

 

4.2.2空化的模拟公式

 

 

4.3初生空化的主要影响因素

 

 

4.3.1壁面粗糙度

 

 

4.3.2壁面的浸润性

 

 

4.3.3含气量及空化核分布

 

 

4.3.4雷诺数

 

 

4.4其他因素对初生空化的影响

 

 

4.4.1聚合物

 

 

4.4.2固形物含量

 

 

4.5初生空化和空化发展对流场的影响

 

 

4.5.1水动力学性能

 

 

4.5.2空化诱发噪声

 

 

参考文献

 

 

第5章空化试验的设备和方法

 

 

5.1空化试验的类型和原则

 

 

5.1.1原型观测

 

 

5.1.2应用型试验

 

 

5.1.3基础型试验

 

 

5.2空化试验设备

 

 

5.2.1空化试验设备的功能

 

 

5.2.2专用空化试验设备

 

 

5.2.3通用空化试验设备

 

 

5.2.4通用空化水洞的主要性能及测试方法

 

 

5.3空化试验的主要内容

 

 

5.3.1空化起始观测

 

 

5.3.2空化宏观形态观测

 

 

5.3.3非定常空化观测

 

 

5.3.4来流空化核测量

 

 

5.3.5空化内部结构测量

 

 

5.3.6空化流场测量

 

 

参考文献

 

 

第6章绕水翼空化流动

 

 

6.1概述

 

 

6.1.1研究水翼空化的意义

 

 

6.1.2水翼的物理参数

 

 

6.2绕二维水翼的空化流动

 

 

6.2.1典型空化形态

 

 

6.2.2空化演化过程

 

 

6.2.3空化的演化规律

 

 

6.3绕三维水翼的空化流动

 

 

6.3.1绕三维水翼空化流动现象

 

 

6.3.2绕三维水翼空化流动机理

 

 

6.4水翼空化流场的演变特性

 

 

6.4.1空化对水翼尾流的影响

 

 

6.4.2空泡与漩涡的相互作用

 

 

6.4.3空化诱导的压力脉动 

 

 

参考文献

 

 

第7章空蚀及其影响因素

 

 

7.1空蚀机理

 

 

7.1.1空泡的溃灭

 

 

7.1.2空泡溃灭时的冲击波

 

 

7.1.3空泡溃灭时的微射流

 

 

7.1.4机械作用理论

 

 

7.2空蚀强度

 

 

7.2.1空蚀的点坑

 

 

7.2.2空蚀强度的表示方法

 

 

7.3空蚀的影响因素

 

 

7.3.1液体的物理性质

 

 

7.3.2试验流速

 

 

7.3.3流道壁面的性质

 

 

7.3.4试验时间

 

 

7.3.5其他影响因素

 

 

7.4空蚀试验方法

 

 

7.4.1振动型空蚀试验

 

 

7.4.2射流型空蚀试验

 

 

7.4.3高速水洞空蚀试验

 

 

7.5材料的抗空蚀性能

 

 

7.5.1空化流动潜在的侵蚀能力

 

 

7.5.2材料的抗空蚀能力

 

 

7.5.3材料的抗空蚀指标

 

 

参考文献

 

 

第8章空化流动数值模拟与分析

 

 

8.1气液两相流概述

 

 

8.1.1相的概念

 

 

8.1.2气液两相流

 

 

8.2基于均质平衡流假设的水动力学空化控制方程

 

 

8.2.1基于正压流体状态方程的空化模型

 

 

8.2.2基于质量输运方程的空化模型

 

 

8.2.3空化热效应的模拟模型

 

 

8.2.4多组分空化模拟方法

 

 

8.3非定常空化湍流模拟

 

 

8.3.1密度修正的滤波器模型

 

 

8.3.2动态PANS方法

 

 

8.4非定常空化中的涡分析

 

 

8.4.1欧拉拟序结构

 

 

8.4.2拉格朗日拟序结构

 

 

参考文献

 

 

第9章水力机械的空化

 

 

9.1水力机械的空化现象

 

 

9.1.1常见空化类型

 

 

9.1.2水力机械的典型空化状态

 

 

9.2水力机械空化的尺度效应

 

 

9.2.1空化尺度效应的现象

 

 

9.2.2空化现象的模拟

 

 

9.2.3水力机械空化模拟

 

 

9.3反击式水轮机的空化特性

 

 

9.3.1水轮机空化系数

 

 

9.3.2水轮机的吸出高程

 

 

9.4叶片泵的空化特性

 

 

9.4.1叶片泵的空化余量

 

 

9.4.2泵的允许吸上高度

 

 

9.5水轮机与叶片泵的空蚀

 

 

9.5.1水轮机的空蚀

 

 

9.5.2叶片泵的空蚀

 

 

9.6运行条件对水力机械空蚀的影响

 

 

9.6.1水力机械的空蚀强度

 

 

9.6.2空蚀损坏量的测定与计算

 

 

9.6.3空蚀强度的影响因素

 

 

参考文献

 

 

第10章螺旋桨的空化

 

 

10.1螺旋桨概述

 

 

10.1.1螺旋桨几何形状

 

 

10.1.2螺旋桨性能参数

 

 

10.2螺旋桨典型空化现象

 

 

10.2.1空化与螺旋桨性能

 

 

10.2.2螺旋桨典型空化形态

 

 

10.3非均匀来流下的螺旋桨空化

 

 

10.3.1尾流场中的螺旋桨空化

 

 

10.3.2空化流场中的螺旋桨压力脉动

 

 

10.3.3螺旋桨压力脉动激增机理

 

 

10.4螺旋桨空化的防治

 

 

10.4.1螺旋桨优化

 

 

10.4.2其他防治措施

 

 

参考文献