水力空化供热设备试验测试及效果分析

空军研究院工程设计研究所 罗继杰 訾冬毅 张 腾 刘美欧 黄金强

1 水力空化供热设备

1.1 空化现象概述

空化是水动力学领域的一种独特物理现象，对于一定液体，在一定温度下，由于压力降低在其内部汽化或形成气相的过程叫做空化[1-3]。空化在液体中形成的空洞称为“空穴”，球形空穴常被称为“空泡”[4]。从单个空泡角度来分析，空化分初生—发育—溃灭3个阶段。在空泡溃灭过程中会伴随高速微射流和强大冲击波，表现为空化机械效应；同时随着空泡内气体被压缩，热力学能增加，温度上升，表现为空化热效应；以水的空化为例，空泡中心的高温高压作用足以打开水分子中的O—H键，从而裂解为·H和·OH，进一步反应形成·HO2和H2O2等，表现为强氧化性的空化化学效应。以上3种效应统称为空化效应[5]。

1.2 空化供热国内外发展现状

空化研究可追溯到18世纪中叶，瑞士著名的数学家Leonhard Euler从理论上分析了液体内空化发生的可能性。直到19世纪末，人们才从船舶螺旋桨的破坏现象中首次切实地观察到空化的存在和其带来的严重危害[6-7]。自此，空化及空化效应、空蚀问题就成为水力机械、水利水电、水工建筑物及水下运动体等研究方向十分关切的课题。前期研究主要局限于空化过程伴随的空蚀问题产生的不利影响及消除办法，空化现象第一次得到正面应用是在军事领域，20世纪70年代，苏联利用空化技术研制出世界首款速度超过500 km/h(300海里/h)的超空泡鱼雷[8]。20世纪初，国外科研人员开始关注空化效应的发生机理并从理论计算和试验测试两方面对此开展了广泛而深入的研究[9]。……