空化机理实验装置使用说明书

一、实验目的
通过观察由本仪器所演示的空化发生和演变、流道体型对空化影响及常温下水的沸腾现象，加深对空化和空蚀现象的认识。
二、设备性能与主要技术参数
1、本实验装置由供水管、水泵、有机玻璃显示屏、压力表、实验管道、阀门、空化杯、不锈钢框架等组成。
2、采用低噪声无锈蚀环保型小水泵，最高扬程：35m，额定流量：25L/min，功率：370W。
3、由3块显示屏整体组合而成，有机玻璃材质。
4、最大真空度接近10m水柱。
5、灯光照明，空化现象清晰可见。
三、实验原理
在液体流动的局部区域，或由于流速过高，或边界层分离，均会导致压强降低，以致于降低到液体内部出现气体（或蒸汽）空泡或空穴，这种现象称为空化（也叫气穴）。空化现象发生后，液流的连续性遭到了破坏。气体空泡随液体一起向下游运动，当压强增加一定程度时，液体会以极高的速度向空泡内运动，气泡溃灭从而引起附近的固体边界的剥蚀破坏（称作空蚀或气蚀），并产生噪声，结构振动、机械效率降低等。本实验利用高速水流通过流道改变的区域时将产生压强变化的原理来演示空化现象。
四、实验装置外形图
本空化实验仪专供教学实验用，是一套小型台式、整体安装的自循环系统，可用以演示空化发生、演变及流道体型对其影响等，并可进行空化数的定量量测。实验装置如图所示。

空化机理实验装置示意图

1.流道①，文氏型空化显示面； 2.流道②，渐缩空化显示图；  3.流道③，矩形闸门槽空化显示面  4.流道④，流线型闸门槽空化流动显示面； 5.流道显示柜； 6.测压点；  7.联接短管；  8.管嘴；  9.空化杯；  10.阀门①、②、③；  11.自循环供水箱；  12.气塞；  13.真空表
五、实验指导
空化机理实验装置可用以演示空化发生原理、典型工程空化现象、流道体型对空化的影响以及初生空穴数的定量量测等。实验指导提要如下：
1.空化现象的演示
在流道1、2、3三个阀门全开的条件下启动水泵，可看到在流道1、2的喉部和流道3的闸门槽处出现乳白色雾状空化云，这就是空化现象，同时还可听到由空化区发出的空化噪声。空化区的负压(或真空)相当大，其真空度可由真空表(与流道2的喉颈处测压点相连)读出。最大真空可达10m水柱(98KPa)以上。
根据仪器显示的空化区域分析实验可知，容易发生空化的部位是：高速液流边界突变的流动分离处，如水利工程中的深孔进口、溢流坝面、闸门槽、分叉管、施工不平整处，及动力机械中的水轮机、涡轮机、水泵和螺旋浆叶片的背面以及鱼雷的尾部等。
2.空化机理
流动液体(以水为例)在标准大气压下，当温度升到100℃，沸腾时水体内所产生大小不一的气泡，就是空化。相应此时温度(100℃)水的蒸汽压强(标准大气压)被称为汽化压强(P2)，这种现象亦可在水温不高，压强较低时得以发生。本仪器可清晰演示此现象的发生。
3.流道体型对空化的影响
这种影响可从流道2与3的空化对比看出。在阀门开关相同的条件下，流道的空化比流道2严重。表现前者初生空化数大于后者。
这也可从两种体型闸槽的空化看出，流道1左右分别设有矩形槽和下游具有斜坡的流线形槽。实验表明，在同等流量条件下，前者空化程度远大于后者。
由此可知，流道体型对空化影响极大，是引发空化的重要条件之一。在高速流条件下，有时溢流坝面残留的钢筋头，就可造成坝面大面积的空蚀破坏。因此，为防止空化发生，应使坝面尽量光滑平整，流道体型尽量流线型化。
六、实验方法与步骤
1、接通电源，打开阀门10。
2、空化现象的演示：在流道①、②、③、④内观察水流运动现象，可看到在流道①、②的喉部和流道③的闸门槽处出现乳白色雾状空云，这就是空化现象，同时还可听到气泡溃灭的噪声。空化区的负压相当大，其真空度可由真空表13（与流道②的喉颈处测压点相连）读出。在流道①、②喉颈中部所形成的带游移状空化云，为游移型空化；在喉道出口处两边形成的附着于转角两边较稳定的空化云，为附体空化；而发生于流道⑧中闸门槽（凹口内）旋涡区的空化云，则为旋涡型空化。
3、空化机理：流动液体（以水为例）在标准大气压下，当温度升高至100℃时沸腾，水体内产生大小不一的气泡，这就是空化。而当压强小于水在此温度下的汽化压强时，水就要产生空化。先向空化杯9中注入半杯温水，压紧橡皮塞盖，然后与管咀8（杯两侧各1只）接通。在喉管负压作用下，空化杯内的空气被吸出。真空表读数随之增大。当真空度接近6m水柱时，杯中水就开始沸腾。这是常温水在低压下发生空化的现象。
4、流道体型对空化的影响：从流道①、②的空化对比看出：在阀门开关相同的条件下，流道①的空化比流道②严重。从两种体型闸槽的空化看出：流道③、④分别设有矩形槽和下游具有斜坡的流线形槽。在同等流量下，前者空化程度大于后者。
5、实验结束，打开气塞12，将流道内水放空，防止流道内结垢。实验结束后，将水箱放空，并清洗水箱。
七、产品介绍

DB-KH  空化机理实验装置