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時間:2024-05-09 08:32:27
通過觀察由本儀器所演示的空化發(fā)生和演變、流道體型對空化影響及常溫下水的沸騰現(xiàn)象,加深對空化和空蝕現(xiàn)象的認識。
二、設(shè)備性能與主要技術(shù)參數(shù)
1、本實驗裝置由供水管、水泵、有機玻璃顯示屏、壓力表、實驗管道、閥門、空化杯、不銹鋼框架等組成。
2、采用低噪聲無銹蝕環(huán)保型小水泵,最高揚程:35m,額定流量:25L/min,功率:370W。
3、由3塊顯示屏整體組合而成,有機玻璃材質(zhì)。
4、最大真空度接近10m水柱。
5、燈光照明,空化現(xiàn)象清晰可見。
三、實驗原理
在液體流動的局部區(qū)域,或由于流速過高,或邊界層分離,均會導(dǎo)致壓強降低,以致于降低到液體內(nèi)部出現(xiàn)氣體(或蒸汽)空泡或空穴,這種現(xiàn)象稱為空化(也叫氣穴)??栈F(xiàn)象發(fā)生后,液流的連續(xù)性遭到了破壞。氣體空泡隨液體一起向下游運動,當(dāng)壓強增加一定程度時,液體會以極高的速度向空泡內(nèi)運動,氣泡潰滅從而引起附近的固體邊界的剝蝕破壞(稱作空蝕或氣蝕),并產(chǎn)生噪聲,結(jié)構(gòu)振動、機械效率降低等。本實驗利用高速水流通過流道改變的區(qū)域時將產(chǎn)生壓強變化的原理來演示空化現(xiàn)象。
四、實驗裝置外形圖
本空化實驗儀專供教學(xué)實驗用,是一套小型臺式、整體安裝的自循環(huán)系統(tǒng),可用以演示空化發(fā)生、演變及流道體型對其影響等,并可進行空化數(shù)的定量量測。實驗裝置如圖所示。
1.流道①,文氏型空化顯示面; 2.流道②,漸縮空化顯示圖; 3.流道③,矩形閘門槽空化顯示面 4.流道④,流線型閘門槽空化流動顯示面; 5.流道顯示柜; 6.測壓點; 7.聯(lián)接短管; 8.管嘴; 9.空化杯; 10.閥門①、②、③; 11.自循環(huán)供水箱; 12.氣塞; 13.真空表
五、實驗指導(dǎo)
空化機理實驗裝置可用以演示空化發(fā)生原理、典型工程空化現(xiàn)象、流道體型對空化的影響以及初生空穴數(shù)的定量量測等。實驗指導(dǎo)提要如下:
1.空化現(xiàn)象的演示
在流道1、2、3三個閥門全開的條件下啟動水泵,可看到在流道1、2的喉部和流道3的閘門槽處出現(xiàn)乳白色霧狀空化云,這就是空化現(xiàn)象,同時還可聽到由空化區(qū)發(fā)出的空化噪聲。空化區(qū)的負壓(或真空)相當(dāng)大,其真空度可由真空表(與流道2的喉頸處測壓點相連)讀出。最大真空可達10m水柱(98KPa)以上。
根據(jù)儀器顯示的空化區(qū)域分析實驗可知,容易發(fā)生空化的部位是:高速液流邊界突變的流動分離處,如水利工程中的深孔進口、溢流壩面、閘門槽、分叉管、施工不平整處,及動力機械中的水輪機、渦輪機、水泵和螺旋漿葉片的背面以及魚雷的尾部等。
2.空化機理
流動液體(以水為例)在標(biāo)準大氣壓下,當(dāng)溫度升到100℃,沸騰時水體內(nèi)所產(chǎn)生大小不一的氣泡,就是空化。相應(yīng)此時溫度(100℃)水的蒸汽壓強(標(biāo)準大氣壓)被稱為汽化壓強(P2),這種現(xiàn)象亦可在水溫不高,壓強較低時得以發(fā)生。本儀器可清晰演示此現(xiàn)象的發(fā)生。
3.流道體型對空化的影響
這種影響可從流道2與3的空化對比看出。在閥門開關(guān)相同的條件下,流道的空化比流道2嚴重。表現(xiàn)前者初生空化數(shù)大于后者。
這也可從兩種體型閘槽的空化看出,流道1左右分別設(shè)有矩形槽和下游具有斜坡的流線形槽。實驗表明,在同等流量條件下,前者空化程度遠大于后者。
由此可知,流道體型對空化影響極大,是引發(fā)空化的重要條件之一。在高速流條件下,有時溢流壩面殘留的鋼筋頭,就可造成壩面大面積的空蝕破壞。因此,為防止空化發(fā)生,應(yīng)使壩面盡量光滑平整,流道體型盡量流線型化。
六、實驗方法與步驟
1、接通電源,打開閥門10。
2、空化現(xiàn)象的演示:在流道①、②、③、④內(nèi)觀察水流運動現(xiàn)象,可看到在流道①、②的喉部和流道③的閘門槽處出現(xiàn)乳白色霧狀空云,這就是空化現(xiàn)象,同時還可聽到氣泡潰滅的噪聲??栈瘏^(qū)的負壓相當(dāng)大,其真空度可由真空表13(與流道②的喉頸處測壓點相連)讀出。在流道①、②喉頸中部所形成的帶游移狀空化云,為游移型空化;在喉道出口處兩邊形成的附著于轉(zhuǎn)角兩邊較穩(wěn)定的空化云,為附體空化;而發(fā)生于流道⑧中閘門槽(凹口內(nèi))旋渦區(qū)的空化云,則為旋渦型空化。
3、空化機理:流動液體(以水為例)在標(biāo)準大氣壓下,當(dāng)溫度升高至100℃時沸騰,水體內(nèi)產(chǎn)生大小不一的氣泡,這就是空化。而當(dāng)壓強小于水在此溫度下的汽化壓強時,水就要產(chǎn)生空化。先向空化杯9中注入半杯溫水,壓緊橡皮塞蓋,然后與管咀8(杯兩側(cè)各1只)接通。在喉管負壓作用下,空化杯內(nèi)的空氣被吸出。真空表讀數(shù)隨之增大。當(dāng)真空度接近6m水柱時,杯中水就開始沸騰。這是常溫水在低壓下發(fā)生空化的現(xiàn)象。
4、流道體型對空化的影響:從流道①、②的空化對比看出:在閥門開關(guān)相同的條件下,流道①的空化比流道②嚴重。從兩種體型閘槽的空化看出:流道③、④分別設(shè)有矩形槽和下游具有斜坡的流線形槽。在同等流量下,前者空化程度大于后者。
5、實驗結(jié)束,打開氣塞12,將流道內(nèi)水放空,防止流道內(nèi)結(jié)垢。實驗結(jié)束后,將水箱放空,并清洗水箱。
七、設(shè)備介紹