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第1章 泡动力学基础1

1.1水中的气核分布1

1.1.1气核半径R的实测分布函数1

1.1.2气核半径密度函数的经验表达式2

1.2球泡的静平衡方程与稳定性条件3

1.2.1泡内只含蒸汽3

1.2.2泡内只含不溶解气体4

1.2.3泡内同时含有蒸汽和不溶解气体5

1.3球泡运动的动力方程7

1.3.1球泡在静止液体中运动时的动力方程7

1.3.2球泡在流场中运动时的动力方程9

1.4球状汽泡在静止液体中的生长和溃灭11

1.4.1球状汽泡的生长11

1.4.2球状汽泡的溃灭13

1.5静水中一般球泡及气泡的生长和溃灭17

1.5.1运动方程和运动特性17

1.5.2泡的振荡频率与振幅18

1.5.3泡壁的最大溃灭速度与流场压强20

1.6液体中溶解气体的扩散与气核在流场中运动的简化算例21

1.6.1液体中溶解气体向泡内扩散量的估计21

1.6.2气核在流场中运动的简化算例21

1.7一个值得研究的问题23

1.8计及相对平移时非球形泡的运动特性25

1.8.1坐标系与广义坐标26

1.8.2流场的诱生速度势Ф26

1.8.3诱生流场的动能T27

1.8.4广义力向量Q28

1.8.5计及相对平移时非球形泡的运动方程29

1.8.6数值算例29

1.9近壁泡的溃灭特性31

1.9.1近壁泡溃灭过程的基本特征32

1.9.2参数对溃灭时间的影响35

1.9.3β与泡心位移的关系36

1.9.4β与微射流特性的关系38

1.9.5β与p 1max和p 2max的关系39

参考文献42

第2章 空化44

2.1空化与空化数44

2.1.1空化44

2.1.2空化数45

2.2初生空化数及其测定方法46

2.2.1初生空化数的定义46

2.2.2初生空化数的测定方法47

2.2.3初生空化数与消失空化数48

2.3初生空化数的比尺效应49

2.3.1从Rayleigh-Plesset方程考察初生空化数的比尺效应50

2.3.2含气量对初生空化数的影响51

2.3.3流速对初生空化数的影响53

2.3.4尺度对初生空化数的影响55

2.3.5表面张力、黏性对初生空化数的影响56

2.3.6水流挟沙对初生空化数的影响57

2.4减压相似模型试验初生空化数比尺效应的修正67

2.4.1流场有大分离区67

2.4.2流场无大分离区69

2.5其他几种特征空化数71

2.5.1临界空化数71

2.5.2初蚀空化数71

2.5.3阻塞空化数72

2.5.4特征空化数的相对关系72

2.6初生空化数的概率估计73

2.6.1初生空化数的数学力学定义73

2.6.2初生空化数理论预测的步骤75

2.6.3弓形凸体初生空化数的计算和实测结果78

参考文献82

第3章 空化噪声84

3.1空化噪声的基本参数、基本特性与声压的控制方程84

3.1.1空化噪声的基本参数84

3.1.2声波在两种不同介质面上的折射与反射86

3.1.3声波在水中传播时的声压控制方程88

3.2单空泡噪声频谱89

3.3原、模型中空化噪声的关系93

3.4用噪声谱判定初生空化数98

3.4.1用空化数与噪声强度或噪声脉冲数的关系判定初生空化数98

3.4.2用背景噪声谱比较判定初生空化数99

参考文献103

第4章 空蚀105

4.1空蚀率105

4.1.1常用的空蚀率指标及其测定装置105

4.1.2空蚀率和试验时间的关系曲线106

4.2试验参数对空蚀率的影响109

4.2.1速度效应110

4.2.2压强效应114

4.2.3尺寸效应116

4.2.4温度效应118

4.2.5含气量对空蚀率的影响119

4.2.6液体特性对空蚀率的影响121

4.2.7空蚀试验材料特性对空蚀率的影响123

4.3空蚀率的相关量125

4.3.1空化噪声125

4.3.2空蚀量与空泡溃灭压强130

4.4空蚀机制134

4.4.1空蚀荷载135

4.4.2空泡溃灭荷载作用下固壁中的应力139

4.4.3固壁的破坏模式142

4.5初生空蚀的比尺效应143

4.5.1若干有压系统初蚀空化的试验结果143

4.5.2有压系统初蚀空化数没有尺寸效应的理论说明146

4.5.3流速和压强对初蚀空化数的影响151

4.6混凝土的抗空蚀强度153

4.6.1混凝土抗空蚀强度的测定154

4.6.2试验结果155

4.6.3水泥沙浆的抗空蚀强度158

4.6.4混凝土的抗空蚀指标163

参考文献165

第5章 过流表面不平整引起的空化与空蚀169

5.1表面不平整引起空蚀的工程实例169

5.2表面不平整体空化研究概况171

5.2.1对过流壁面均布不平整空化初生的研究171

5.2.2平板表面孤立不平整体的初生空化数172

5.3有关规范、手册推荐的不平整体初生空化数179

5.3.1我国《溢洪道设计规范》SL 253—2000建议值179

5.3.2文献[29]对不平整体初生空化数的推荐值180

5.4不平整度的控制181

5.4.1我国有关规范规定的不平整度标准181

5.4.2文献[29]建议的允许不平整度182

5.4.3其他一些国家的规定184

5.5非平板母体上凸体的初生空化数185

5.6混凝土表面不平整体引起的空蚀量的估计186

5.6.1混凝土破坏的物理机制与不平整体下游的空蚀图案186

5.6.2混凝土衬砌上不平整体后单空蚀坑的极限深度188

5.6.3总空蚀量的估计188

5.7水流掺气后表面不平整度控制的理论考虑192

5.7.1不掺气条件下初蚀空化数бid与相应的气核失稳半径Rc193

5.7.2不掺气条件下空化区的平均长度及空泡溃灭前的最大半径Rmax193

5.7.3不掺气条件下作用在固壁上的最大空泡溃灭点压强195

5.7.4掺气后不产生初生空蚀的等腰三角形不平整凸体的估计196

参考文献197

第6章 坝身泄水孔进口及闸槽的空化特性200

6.1坝身泄水孔进口的空化特性概述200

6.2进口曲线段的压力系数与门槽空化204

6.3进口段有不平整体时的初生空化数206

6.3.1与式（6-1）、式（6-2）相应的叠加原理206

6.3.2曲率半径很小部位处不平整体对进口初生空化的影响207

6.4底孔明流段的空化特性及允许不平整体的试验确定209

6.5闸槽的空化特性211

6.5.1概述211

6.5.2凹槽与二维门槽的初生空化数213

6.5.3表孔门槽218

参考文献225

第7章 孔板与洞塞的空化特性227

7.1孔板的空化特性227

7.1.1孔板的阻力系数ξ227

7.1.2最小压强系数Cpmn230

7.1.3孔板下游水流的脉动特性233

7.1.4孔板的空化特性235

7.1.5孔板的初蚀空化数241

7.1.6多级孔板水力设计的等空化原则241

7.2洞塞的空化特性244

7.2.1洞塞的阻力系数245

7.2.2洞塞的初生空化数与初蚀空化数249

7.3以初生空化数为水力设计准则时洞塞消能与孔板消能的比较250

参考文献252

第8章 有压弯曲管道和岔管的空化空蚀特性255

8.1有压弯曲管道的空化特性255

8.1.1概述255

8.1.2有压矩形断面弯管的空化特性257

8.1.3有压圆形断面弯管的空化特性262

8.1.4有压圆形断面弯管有升坎时的初生空化数264

8.2岔管的空化空蚀特性265

8.2.1概述265

8.2.2卜形岔管的水力特性268

参考文献272

第9章 其他水工建筑物的空化空蚀特性274

9.1突扩突跌掺气设施274

9.1.1概述274

9.1.2几个已建和在建的工程实例274

9.1.3突扩突跌下游的水翅高度与出口挑坎高程及明流段的最小长度284

9.2坝面跌坎掺气体形空化特性288

9.2.1突跌掺气体形的流态、压力与掺气特性289

9.2.2突跌掺气体形的空化特性291

9.3消力坎及消力池中其他辅助消能工的空化特性293

9.3.1连续式消力坎294

9.3.2消力池中其他辅助消能工的初生空化数295

9.4堰面的空化特性300

9.4.1堰顶部位的空化301

9.4.2反弧段与挑流鼻坎的空化与空蚀303

9.5闸门及闸门底缘的空化空蚀308

9.5.1弧门的空蚀308

9.5.2平面闸门底缘的初生空化数309

参考文献310

第10章 掺气减蚀313

10.1概述313

10.2掺气水体的声速与掺气减蚀机制317

10.2.1掺气水体的声速317

10.2.2掺气减蚀的机理318

10.3掺气减蚀的工程设施321

10.3.1掺气减蚀工程设施的形式322

10.3.2掺气设施的尺寸322

10.3.3掺气减蚀设施的位置323

10.3.4我国有关规范对掺气装置的要求及形式与尺寸的建议323

10.4掺气设施的水力指标324

10.4.1掺气减蚀设施的空腔长度L325

10.4.2空腔水舌上、下缘压差水头Δp/（ρg）328

10.4.3掺气量330

10.4.4掺气装置的保护长度335

参考文献349