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第1章 泡动力学基础 1

1.1水中的气核分布 1

1.1.1气核半径R的实测分布函数 1

1.1.2气核半径密度函数的经验表达式 2

1.2球泡的静平衡方程与稳定性条件 3

1.2.1泡内只含蒸汽 3

1.2.2泡内只含不溶解气体 4

1.2.3泡内同时含有蒸汽和不溶解气体 5

1.3球泡运动的动力方程 7

1.3.1球泡在静止液体中运动时的动力方程 7

1.3.2球泡在流场中运动时的动力方程 9

1.4球状汽泡在静止液体中的生长和溃灭 11

1.4.1球状汽泡的生长 11

1.4.2球状汽泡的溃灭 13

1.5静水中一般球泡及气泡的生长和溃灭 17

1.5.1运动方程和运动特性 17

1.5.2泡的振荡频率与振幅 18

1.5.3泡壁的最大溃灭速度与流场压强 20

1.6液体中溶解气体的扩散与气核在流场中运动的简化算例 21

1.6.1液体中溶解气体向泡内扩散量的估计 21

1.6.2气核在流场中运动的简化算例 21

1.7一个值得研究的问题 23

1.8计及相对平移时非球形泡的运动特性 25

1.8.1坐标系与广义坐标 26

1.8.2流场的诱生速度势Ф 26

1.8.3诱生流场的动能T 27

1.8.4广义力向量Q 28

1.8.5计及相对平移时非球形泡的运动方程 29

1.8.6数值算例 29

1.9近壁泡的溃灭特性 31

1.9.1近壁泡溃灭过程的基本特征 32

1.9.2参数对溃灭时间的影响 35

1.9.3β与泡心位移的关系 36

1.9.4β与微射流特性的关系 38

1.9.5β与p 1max和p 2max的关系 39

参考文献 42

第2章 空化 44

2.1空化与空化数 44

2.1.1空化 44

2.1.2空化数 45

2.2初生空化数及其测定方法 46

2.2.1初生空化数的定义 46

2.2.2初生空化数的测定方法 47

2.2.3初生空化数与消失空化数 48

2.3初生空化数的比尺效应 49

2.3.1从Rayleigh-Plesset方程考察初生空化数的比尺效应 50

2.3.2含气量对初生空化数的影响 51

2.3.3流速对初生空化数的影响 53

2.3.4尺度对初生空化数的影响 55

2.3.5表面张力、黏性对初生空化数的影响 56

2.3.6水流挟沙对初生空化数的影响 57

2.4减压相似模型试验初生空化数比尺效应的修正 67

2.4.1流场有大分离区 67

2.4.2流场无大分离区 69

2.5其他几种特征空化数 71

2.5.1临界空化数 71

2.5.2初蚀空化数 71

2.5.3阻塞空化数 72

2.5.4特征空化数的相对关系 72

2.6初生空化数的概率估计 73

2.6.1初生空化数的数学力学定义 73

2.6.2初生空化数理论预测的步骤 75

2.6.3弓形凸体初生空化数的计算和实测结果 78

参考文献 82

第3章 空化噪声 84

3.1空化噪声的基本参数、基本特性与声压的控制方程 84

3.1.1空化噪声的基本参数 84

3.1.2声波在两种不同介质面上的折射与反射 86

3.1.3声波在水中传播时的声压控制方程 88

3.2单空泡噪声频谱 89

3.3原、模型中空化噪声的关系 93

3.4用噪声谱判定初生空化数 98

3.4.1用空化数与噪声强度或噪声脉冲数的关系判定初生空化数 98

3.4.2用背景噪声谱比较判定初生空化数 99

参考文献 103

第4章 空蚀 105

4.1空蚀率 105

4.1.1常用的空蚀率指标及其测定装置 105

4.1.2空蚀率和试验时间的关系曲线 106

4.2试验参数对空蚀率的影响 109

4.2.1速度效应 110

4.2.2压强效应 114

4.2.3尺寸效应 116

4.2.4温度效应 118

4.2.5含气量对空蚀率的影响 119

4.2.6液体特性对空蚀率的影响 121

4.2.7空蚀试验材料特性对空蚀率的影响 123

4.3空蚀率的相关量 125

4.3.1空化噪声 125

4.3.2空蚀量与空泡溃灭压强 130

4.4空蚀机制 134

4.4.1空蚀荷载 135

4.4.2空泡溃灭荷载作用下固壁中的应力 139

4.4.3固壁的破坏模式 142

4.5初生空蚀的比尺效应 143

4.5.1若干有压系统初蚀空化的试验结果 143

4.5.2有压系统初蚀空化数没有尺寸效应的理论说明 146

4.5.3流速和压强对初蚀空化数的影响 151

4.6混凝土的抗空蚀强度 153

4.6.1混凝土抗空蚀强度的测定 154

4.6.2试验结果 155

4.6.3水泥沙浆的抗空蚀强度 158

4.6.4混凝土的抗空蚀指标 163

参考文献 165

第5章 过流表面不平整引起的空化与空蚀 169

5.1表面不平整引起空蚀的工程实例 169

5.2表面不平整体空化研究概况 171

5.2.1对过流壁面均布不平整空化初生的研究 171

5.2.2平板表面孤立不平整体的初生空化数 172

5.3有关规范、手册推荐的不平整体初生空化数 179

5.3.1我国《溢洪道设计规范》SL 253—2000建议值 179

5.3.2文献[29]对不平整体初生空化数的推荐值 180

5.4不平整度的控制 181

5.4.1我国有关规范规定的不平整度标准 181

5.4.2文献[29]建议的允许不平整度 182

5.4.3其他一些国家的规定 184

5.5非平板母体上凸体的初生空化数 185

5.6混凝土表面不平整体引起的空蚀量的估计 186

5.6.1混凝土破坏的物理机制与不平整体下游的空蚀图案 186

5.6.2混凝土衬砌上不平整体后单空蚀坑的极限深度 188

5.6.3总空蚀量的估计 188

5.7水流掺气后表面不平整度控制的理论考虑 192

5.7.1不掺气条件下初蚀空化数бid与相应的气核失稳半径Rc 193

5.7.2不掺气条件下空化区的平均长度及空泡溃灭前的最大半径Rmax 193

5.7.3不掺气条件下作用在固壁上的最大空泡溃灭点压强 195

5.7.4掺气后不产生初生空蚀的等腰三角形不平整凸体的估计 196

参考文献 197

第6章 坝身泄水孔进口及闸槽的空化特性 200

6.1坝身泄水孔进口的空化特性概述 200

6.2进口曲线段的压力系数与门槽空化 204

6.3进口段有不平整体时的初生空化数 206

6.3.1与式（6-1）、式（6-2）相应的叠加原理 206

6.3.2曲率半径很小部位处不平整体对进口初生空化的影响 207

6.4底孔明流段的空化特性及允许不平整体的试验确定 209

6.5闸槽的空化特性 211

6.5.1概述 211

6.5.2凹槽与二维门槽的初生空化数 213

6.5.3表孔门槽 218

参考文献 225

第7章 孔板与洞塞的空化特性 227

7.1孔板的空化特性 227

7.1.1孔板的阻力系数ξ 227

7.1.2最小压强系数Cpmn 230

7.1.3孔板下游水流的脉动特性 233

7.1.4孔板的空化特性 235

7.1.5孔板的初蚀空化数 241

7.1.6多级孔板水力设计的等空化原则 241

7.2洞塞的空化特性 244

7.2.1洞塞的阻力系数 245

7.2.2洞塞的初生空化数与初蚀空化数 249

7.3以初生空化数为水力设计准则时洞塞消能与孔板消能的比较 250

参考文献 252

第8章 有压弯曲管道和岔管的空化空蚀特性 255

8.1有压弯曲管道的空化特性 255

8.1.1概述 255

8.1.2有压矩形断面弯管的空化特性 257

8.1.3有压圆形断面弯管的空化特性 262

8.1.4有压圆形断面弯管有升坎时的初生空化数 264

8.2岔管的空化空蚀特性 265

8.2.1概述 265

8.2.2卜形岔管的水力特性 268

参考文献 272

第9章 其他水工建筑物的空化空蚀特性 274

9.1突扩突跌掺气设施 274

9.1.1概述 274

9.1.2几个已建和在建的工程实例 274

9.1.3突扩突跌下游的水翅高度与出口挑坎高程及明流段的最小长度 284

9.2坝面跌坎掺气体形空化特性 288

9.2.1突跌掺气体形的流态、压力与掺气特性 289

9.2.2突跌掺气体形的空化特性 291

9.3消力坎及消力池中其他辅助消能工的空化特性 293

9.3.1连续式消力坎 294

9.3.2消力池中其他辅助消能工的初生空化数 295

9.4堰面的空化特性 300

9.4.1堰顶部位的空化 301

9.4.2反弧段与挑流鼻坎的空化与空蚀 303

9.5闸门及闸门底缘的空化空蚀 308

9.5.1弧门的空蚀 308

9.5.2平面闸门底缘的初生空化数 309

参考文献 310

第10章 掺气减蚀 313

10.1概述 313

10.2掺气水体的声速与掺气减蚀机制 317

10.2.1掺气水体的声速 317

10.2.2掺气减蚀的机理 318

10.3掺气减蚀的工程设施 321

10.3.1掺气减蚀工程设施的形式 322

10.3.2掺气设施的尺寸 322

10.3.3掺气减蚀设施的位置 323

10.3.4我国有关规范对掺气装置的要求及形式与尺寸的建议 323

10.4掺气设施的水力指标 324

10.4.1掺气减蚀设施的空腔长度L 325

10.4.2空腔水舌上、下缘压差水头Δp/（ρg） 328

10.4.3掺气量 330

10.4.4掺气装置的保护长度 335

参考文献 349