第四章材料破坏-精品课程平台-兰州理工大学

1、第四章 材料破坏第四章 叶片式流体机械的空化与空蚀第四章 空化机理一、空化及空蚀机理（一）空化现象第四章 空化发展过程空化发展过程压力降低汽化空泡形成压力升高空泡溃灭材料破坏外特性下降第四章 空化初生（二）空化初生液体的抗拉强度实测最大2627 Mpa理论值160325 Mpa 7.4102 Nm初生空泡的平衡条件2 r r2p r2pvarppva2空化核第四章 破坏机理（三）空蚀破坏机理任何固体材料（包括化学惰性的、非导电的、甚至高强度的），在任何液体（包括海水、淡水、化学惰性液体、甚至金属性液体如汞、钠等）的一定动力条件作用下，都能引起空蚀破坏。微射流理论射流速度 100 300 m/s

2、压力 7.05108 Pa微射流直径 23 m冲抗直径 220 m冲击次数 1001000/s-cm2其他因素：第四章 微射流微射流第四章 空化分类（四）空化现象的分类（按形态和产生原因）1）游动型空化2）固定型空化3）旋涡型空化4）振动型空化第四章 尾水管涡带旋涡型空化第四章 泵叶轮空化图泵叶轮的空化第四章 空化数二、空化数翼型的压力系数2012001121wwwppCp最低压力点20max200minmin121wwwppCp20021wppKVamin20min021piCwppK第四章 K的意义空化开始pminpva iKKK的意义环境参数p0，pva，w0，则K对既定的翼型，产生空化

3、的可能性Ki的意义翼型特性参数与工况有关对既定翼型的既定工况是常数p0pmin，w0，Ki，对既定环境,产生空化的可能性翼型的空化性能空化性能的指标。第四章 空化相似KKi，不产生空化KKi，开始空化（空化初生）KKi，空化发展（加剧）空化发展条件：空化的相似准则Sr，K，Ki空化的比例效应Re，Fr，We含气量和气核分布介质的热力学性质边界表面状况两相流第四章 破坏类型三 空蚀破坏类型及对性能的影响（一）空化和空蚀破坏类型（按发生的部位）分类1、翼型空化和空蚀第四章 翼型空蚀（泵）泵叶轮的翼型空蚀第四章 间隙空蚀2、间隙空化和空蚀第四章 局部空蚀3、空腔空化和空蚀4、局部空化和空蚀水轮机空蚀

4、量合格的评定标准第四章 空化的影响（二）空化与空蚀对叶片式水力机械性能的影响1、机器能量特性恶化2、引起振动和噪声3、材料破坏第四章 有因次参数第二节 水力机械的空化参数一、有因次空化参数（一）转轮叶片上的最低压力转轮的低压侧L机器的低压侧S叶片最低压力点K第四章 有因次参数1逐步利用0、S、L、K间的伯努利方程可得guuHgwwHgcZgcZgpgpLKKLLKLSLKSSSK22)2(2222222gcHgcLLSL22212gwgwwLLK222222gcZgpESSSS22gwgcHEgpLLSSK222221用HS代替ZK并令:最后得:装置的有效空化余量装置的有效空化余量 ha a是

5、与机器外部环境（装置）有关的参数。是机器低压侧液体总能头（折算到基准面）超过液体汽化压力的部分，它表示了外部环境（装置）给机器提供的避免发生空化的条件。根据伯努利方程，ha的数值可以根据下游水面的参数计算。第四章 空化余量（二）空化余量raLLVaSSVaKhhgwgcgpHEgpp222221 hahr基准面水力机械必需空化余量水力机械必需空化余量 hr是一个只与机器内部流动有关的参数，对于既定的机器的既定工况是常数。它表示由于液体流动而引起的叶片上最低压力点处相对于机器低压侧压力的降低，称为动压动压降降。它是水力机械内部空化性能的度量，而与机器的安装位置和液体性质无关。在一定的外界条件下，

6、hr的值越小，pK的值越高，则发生空化的可能性就越小。第四章 NPSHNPSH（Net Positive Suction Head）cavitation marginSVaSaHgpHgph00ha的计算对水轮机SVaaaHHHh空化的发生过程ha hr 无空化ha= hr 空化初生ha hr 空化发展第四章 hr的测量hr的测量能量法临界值的确定安全余量hr= hcr+K根据：空化初生时， hr= ha第四章 吸入真空度（三）吸出（入）真空度SSSaSaVHgcHgppgppH0202HV的值由试验确定第四章 无因次参数二、无因次空化参数（一）空化（或空蚀）系数HNPSHHhaaP装置空化系

7、数水力机械空化系数HNPSHHhrr初生空化条件p空化相似准则p第四章 空化比转速（二）空化（或空蚀）比转速hr正比于H可定义4362. 5rVhqnC效率为主：C=600800；兼顾效率和空化：C=8001100；空化性能为主：C=11001600；特殊要求（例如对火箭推进泵）：C5500。第四章 吸入比转速吸入比转速43rVNPSHqnS43rVahgqK无量纲43434343qqrVnHHnhqnS434354. 162. 5sqnnC第四章 入流角三 泵的空化性能与入流角度的关系aaaVrnkqhg03/413/200223/22tansincos604221212,0/112121tanopta第四章通常可取11.2，20.3 3217,0optagcHgcLLSL22212gwgwwLLK222222理想情况：11； 20第四章 安装高程gwgchHgpHgphLLrSVaSa22222100四 水力机械的安装高度HKHS9000 .10水轮机HHS)(9000 .10安全余量的选择：关系重大第四章 基准面吸出高基准与安装基准第四章 泵高程泵的吸入高基准面与安装高程