当前课程知识点：流体机械基础 > 第4讲 流体机械空化与空蚀 > 4.2 空化余量与空化系数 > Video
为深入了解流体机械的空化现象
定量地研究空化问题
我们以水轮机转轮流道为例
来分析空化余量及空化系数等特征参数的物理概念
如左图所示
K点是转轮内出现的最低压力点
L是经K点的流线在叶片出口边缘的一点
S为该流线低压侧流量测量断面上的一点
根据K和L的相对运动伯努利方程
及L和S点的伯努利方程
可得K点的压力
表示为：
引入系数λ1、λ2
可将上式简化为
然后我们继续推导
最后可以得到
是装置低压侧的动能
压力比能和位能之和
特别强调
位能计算以下游水面高度为基准
Δhr为必需空化余量
我们称它为动压降
动压降是发生空化的根本原因
Δhr是装置本身的固有属性
只与内部流动特性相关
与机器的安装位置和液体性质无关
Δhr越小越不易发生空化
那么Δhr也称为必须的空化余量
将上式的Hsk用Hs代替
Hs为装置基准面到下游水面的高度
称之为吸出高度
ΔHa为装置有效空化余量
ΔHa是外部环境给机器提供
避免发生空化的条件
与外部环境相关的特征参数
是水力机械空化性能的量度
Δha越大越不易发生空化
比较这两个公式我们可以看出来
要使机器在运行过程中不发生空化和汽蚀
尽量提高Δha值和降低Δhr值
对于流体机械而言
选取最低压力点K 来判断是否发生空化
即若K点压力等于或低于该温度下的汽化压力时
则将发生空化
一般来说 对于水轮机叶片
K点在叶片背面出口边附近
而对泵叶片 K点位于进口边附近
如图中所示
同时 结合空化余量 Δhr 和 Δha
进一步分析可得
综上所述 水力机械内部是否发生空化
取决于
由此可知
空化进一步发展
右下图也进一步直观地
表达了这种关系
在水轮机行业
为了研究和控制空化
及进一步阐述
空化特性与水头的关系
引入与空化相关的无量纲参数
空化系数
将水轮机械空化余量表达式除以H可得
与空化余量Δhr
Δha相对应分别定义为
表示装置的空化条件
对于水轮机
称为电站空化系数
也称托马数
对于泵
则称为装置空化系数
表示水力机械空化性能
对于水轮机
称为水轮机的空化系数
对于泵
则称作泵的空化系数
另外 我们还定义空化安全系数
从而可得水力机械不发生空化的条件为
△hr一般由模型试验测出
因直接测量K点压力很困难
难以直接测出 △hr 数值
但可以用空化初生时
来间接测出△hr
为此 可使水力机械在一定工况下运行
逐步减小 △ha 直至发生空化
得到水力机械的效率
扬程等外特性参数随空化数发生的相关曲线
如右下图所示
理论上 出现第一个空泡时的
△ha 值即为 △hr 值
但实际上 空化初生时（图中A点）效率或
扬程并未开始下降
故而A点位置在一般的试验台上难以确定
近几年 随着光导测量技术的发展
可比较清楚地观测到空泡的出现
从而测量出初生空化系数
将初生空化系数值应用到实践中
就能很好地控制初生空化
从而严格控制空蚀破坏 但成本较高
工程上对水轮机
常规定效率下降到某一个百分数（一般为1%）时的
△ha 为水力机械空化余量的临界值
记为
其中 K为安全余量 常取K=0.3～1.0m
对泵 常规定扬程下降1%
2%或者3%来定义临界空化系数
即使模型机组能准确测出
初生和临界空化系数
也难以准确预测真机运行时
合理的空化系数
也有学者指出
对实际运行的机组
可以从空蚀值
噪音大小 振动大小等
参数来定义空化系数要求
充分考虑经济性
从而合理确定机组的安装高度
-1.1 流体机械定义
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-1.2 流体机械分类
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-1.3 水轮机工作过程概述
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-1.4 泵与风机工作过程概述
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-1.5 其他流体机械工作过程概述
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-1.6 流体机械工程应用
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-参考文献
--html
-第一讲习题--作业
-2.1 流体机械的主要性能参数
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-2.2 转轮内部的典型流态
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-2.3 速度三角形
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-2.4 工况发生变化时速度三角形分析
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-2.5 欧拉方程
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-参考文献
--html
-第二讲习题--作业
-3.1 水轮机过流部件工作原理
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-3.2 泵与风机过流部件工作原理
--Video
-3.3 机组能量传递过程与效率分析
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-3.4例题分析
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-参考文献
--html
-第三讲习题--作业
-4.1 空化的定义与分类
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-4.2 空化余量与空化系数
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-4.3 吸出高度与安装高程
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-4.4 空蚀现象与类型
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-4.5 空化空蚀的危害及防护
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-参考文献
--html
-第四讲习题--作业
-5.1 泥沙磨损基本概念
--Video
-5.2 泥沙磨蚀基本概念
--Video
-5.3 流体机械磨损磨蚀现象
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-5.4 流体机械常见抗磨措施
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-5.5 腐蚀基本概念
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-5.6 流体机械腐蚀现象及防腐措施
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-参考文献
--html
-第五讲作业--作业
-6.1 流动相似概述
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-6.2 常用相似准则数
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-6.3 流体机械的相似准则分析
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-6.4 流体机械单位参数与相似换算
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-6.5 综合相似判别数——比转速
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-6.6 相似准则的工程应用
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-参考文献
--html
-第六讲作业--作业
-7.1 特性曲线概述
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-7.2 模型试验
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-7.3 典型模型机组综合特性曲线
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-7.4 水轮机运转特性曲线
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-7.5 水轮机的选型计算
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-第七讲作业--作业
-8.1 流体机械多相多组分非定常流动概述
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-8.2 二次流动现象
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-8.3 动静干涉
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-8.4 脱流
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-8.5 间隙流动
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-8.6 叶道涡
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-8.7 卡门涡
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-8.8 尾水管涡带
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-8.9 泵的旋转失速
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-8.10 泵的喘振
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-8.11 压力波传递与叠加
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-参考文献
--html
-第八讲作业--作业
-9.1 流体机械四象限特性概述
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-9.2 水泵水轮机全特性曲线
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-9.3 水泵水轮机典型工况流动现象
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-9.4 水泵水轮机调相运行工况流动现象
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-9.5 双向潮汐机组复杂运行工况认识
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-参考文献
--html
-第九讲作业--作业
-10.1 流体机械在管网系统中的工作特性
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-10.2 流体机械暂态运行过程
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-10.3 调节系统与调速器
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-10.4 改善流体机械暂态运行性能工程措施
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-参考文献
--html
-第十讲作业--作业
-11.1 流体机械多场耦合特性概述
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-11.2 转轮流固耦合特性
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-11.3 轴承热流固耦合特性
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-11.4 轴系多场耦合特性
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-参考文献
--html
-第十一讲作业--作业
-12.1 标准化概述
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-12.2 流体机械行业标准
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-12.3 水轮机型号
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-12.4 泵型号
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-12.5 风机型号
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-12.6 阀门型号
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-12.7 流体机械工业流程
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-12.8 流体机械质量监督
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-参考文献
--html
-第十二讲作业--作业
-13.1 空化、通（补）气、压力脉动与安装高程
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-13.2 压力脉动与水锤
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-13.3 智能流体机械
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-13.4 流体机械及工程学科知识体系与学术交流
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