空化基础理论及应用

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。

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 1.2.2 20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