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[摘 要]目前，在工业生产过程中，流体机械的应用越来越广泛，如：汽轮机、通风机马达等等，这些机械在工业生产中都占有重要地位。由于流体机械的工作特性，其容易受到流体介质的腐蚀作用，影响机械设备的运行效果，不利于工业生产的进行。基于此，文章主要对流体机械的空蚀机理进行了分析，并提出了相应的防护措施。
[关键词]流体机械；空蚀机理；防护措施
中图分类号：TH394 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）32-0000-01
引言
流体机械是指以流动介质为基础的能量转换设备，空蚀对流体机械的伤害非常严重，不仅会降低流体机械的使用寿命，同时，也会影响机械的运行效率，从而影响工艺进度。但是，流体机械在运行过程中，若流通介质在高于或低于介质饱和蒸汽压的环境下，则会发生液化或汽化的现象，甚至有些地区将会出现高温、高压的现象，加剧了机械空蚀程度。对流体机械空蚀机理及防护措施进行研究，对提高流体机械的运行效率和使用寿命有着重要意义。
1 流體机械空蚀现象的理论分析
1.1 汽穴泡形成的原因
在流体工程计算过程中，假设流体介质的饱和蒸汽压为零，则其孔口的流缩颈处的真空度为：
其中，为孔口前端容器的相对压强，若>0.14MPa，则>0.10133MPa。
容器中盛满液体，将顶盖封住，仅在边缘处开口通大气且高速旋转，此时顶盖中心点的真空度为：
其中，为重度，为旋转的角速度，为液体的最大旋转半径，为重力加速度。
当、大到一定程度时，中心点的真空度的绝对值将大于大气压力。此刻，低于绝对真空的负压强是不存在的，旋转着的液体用离心力抗衡着大气压力，并把多余的负压头用在推开液体向四周扩张而需要加速的惯性水头上。旋转容器中心出现真空并且体积开始膨胀，而其外侧液体将从边缘开口处被甩出，如将真空腔与吸水管道连通，就成了离心泵。对在收缩径内流动的液体也存在着类似现象（图1）当液体流经收缩径时必然出现流体的加速，反之当流经扩张径时则必然出现流体的减速。
1.2 气穴泡消失产生的高温高压及持续时间
设发生真空气蚀时某一初生汽穴泡核在刚刚形成时的半径为，当汽穴泡核膨胀到最大半径时，可以忽略重力场对流体的影响。这是因为在气泡消失过程中，流体的惯性远大于重力。此外，在气穴泡周围的流体流速呈球对称模式，其汽穴泡的表面流速为：
体内压力最低点撕裂开，形成真空泡，是随时间变化的汽穴表面位置半径，由流场中的连续性方程可知：
则流场中离汽穴泡中心的径向流体速度为：
1.3 气穴泡消失释放能量分析
汽穴泡消失的过程要释放出4种能量：表面能（很小，不计）、压缩能（耗用流场的动能，故不另去研究）、相变潜热（比较大）、流场的动能（很大）。这4部分能量都是在极短的瞬间放出，因而该过程可看成是绝热的，热量浓集在汽穴泡内液化的蒸汽中。
首先，计算流场的动能：，将流速带入式中可得：
。
其次，相变能，
1.4 汽蚀的形成机理
首先，汽穴泡消失时形成极大的瞬态高温高压，其值与以及成正比，当流体机械工作时其内最低的静压恰好等于该流体在该温度下的饱和蒸汽压时，是固定的；当工作状态的最低压力远小于这个饱和蒸汽压时，由于汽穴泡内液体比饱和状态下更稀薄，因而使之值剧增，加剧了设备的空蚀程度。
其次，在汽穴泡消失时，高温高压地区的高浓度活性物质聚集，流体的溶解空气质量受温度的影响，会产生选择性的变化。例如，水中溶入的氣体中33-35%是氧气及比例更大的二氧化碳，当汽穴泡在下游消失时，其高温高压的核心富集着高浓度的氧气及二氧化碳，加之在高温高压下氧气及二氧化碳的活性剧增，因而任何金属都难以抵抗住它们的浸蚀。
最后，在流体机械运行过程中，其流体介质的运动有一定的规律，生成汽穴泡和消失汽穴泡的位置在流体机械中也是固定的，这更强化了空蚀的破坏性。
2 空蚀的防护
第一，在流体机械运行过程中，越大，则机械设备运行所处的环境温度和压力也会随之上升，容易加剧流体空蚀腐蚀。因此，为了防护空蚀对机械设备的影响，操作人员就需要降低汽穴下游流体的静压，减少值，从而使流通面积比变化平缓，切不可跃变。
第二，流体运行中的温度与压力也是随着升高而增加，而值的大小是受液体密度与饱和蒸汽密度两种因素影响的，其饱和蒸汽压又与液体的种类及温度有关，若值增加，则流体机械的空蚀现象也会随之加剧，若想控制这一因素对空蚀的影响，由于自然界的因素无法改变，就需要技术人员对空蚀发生程度进行预测，从而改变流体运行环境。
第三，在水力发电站运行过程中，若水位落差较大，高温高压是无法避免的。为了降低机械设备空蚀问题，操作人员可以从机械设备的防腐材料及涂料入手，在狭窄的流道或高速运动的叶片上喷涂抗空蚀的涂层或镶嵌抗空蚀的材料，且该涂层或材料必须是耐高温且化学性质应是中性或偏酸性，与金属基体有很强的结合力，并且有较好的弹性或韧性，即减少汽穴泡消失时对它的冲击力。
结束语
流体机械在工业生产中的应用比较广泛，空蚀现象的发生也是无法避免的，这就需要操作人员认真研究流体机械的运行，分析空蚀发生的原因及机理，通过改进流体机械设备的涂料和原料类型，控制流体运行中的和从而有效控制设备的空蚀程度，提高流体机械设备的使用寿命。
参考文献
[1] 朱丽娟，董秀琦，郭勇，王宏伟，刘玉梅.流体机械的空蚀机理及其防护[J].腐蚀科学与防护技术，2003，02：63-66.
[2] 朱丽娟，董秀琦，王宏伟，郭勇，刘玉梅.流体机械的空蚀机理及其防护[J].东方电机，2000，04：56-61.
[3] 邱宁.泵叶轮材料空蚀试验研究[D].浙江大学，2016.
[关键词]流体机械；空蚀机理；防护措施
中图分类号：TH394 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）32-0000-01
引言
流体机械是指以流动介质为基础的能量转换设备，空蚀对流体机械的伤害非常严重，不仅会降低流体机械的使用寿命，同时，也会影响机械的运行效率，从而影响工艺进度。但是，流体机械在运行过程中，若流通介质在高于或低于介质饱和蒸汽压的环境下，则会发生液化或汽化的现象，甚至有些地区将会出现高温、高压的现象，加剧了机械空蚀程度。对流体机械空蚀机理及防护措施进行研究，对提高流体机械的运行效率和使用寿命有着重要意义。
1 流體机械空蚀现象的理论分析
1.1 汽穴泡形成的原因
在流体工程计算过程中，假设流体介质的饱和蒸汽压为零，则其孔口的流缩颈处的真空度为：
其中，为孔口前端容器的相对压强，若>0.14MPa，则>0.10133MPa。
容器中盛满液体，将顶盖封住，仅在边缘处开口通大气且高速旋转，此时顶盖中心点的真空度为：
其中，为重度，为旋转的角速度，为液体的最大旋转半径，为重力加速度。
当、大到一定程度时，中心点的真空度的绝对值将大于大气压力。此刻，低于绝对真空的负压强是不存在的，旋转着的液体用离心力抗衡着大气压力，并把多余的负压头用在推开液体向四周扩张而需要加速的惯性水头上。旋转容器中心出现真空并且体积开始膨胀，而其外侧液体将从边缘开口处被甩出，如将真空腔与吸水管道连通，就成了离心泵。对在收缩径内流动的液体也存在着类似现象（图1）当液体流经收缩径时必然出现流体的加速，反之当流经扩张径时则必然出现流体的减速。
1.2 气穴泡消失产生的高温高压及持续时间
设发生真空气蚀时某一初生汽穴泡核在刚刚形成时的半径为，当汽穴泡核膨胀到最大半径时，可以忽略重力场对流体的影响。这是因为在气泡消失过程中，流体的惯性远大于重力。此外，在气穴泡周围的流体流速呈球对称模式，其汽穴泡的表面流速为：
体内压力最低点撕裂开，形成真空泡，是随时间变化的汽穴表面位置半径，由流场中的连续性方程可知：
则流场中离汽穴泡中心的径向流体速度为：
1.3 气穴泡消失释放能量分析
汽穴泡消失的过程要释放出4种能量：表面能（很小，不计）、压缩能（耗用流场的动能，故不另去研究）、相变潜热（比较大）、流场的动能（很大）。这4部分能量都是在极短的瞬间放出，因而该过程可看成是绝热的，热量浓集在汽穴泡内液化的蒸汽中。
首先，计算流场的动能：，将流速带入式中可得：
。
其次，相变能，
1.4 汽蚀的形成机理
首先，汽穴泡消失时形成极大的瞬态高温高压，其值与以及成正比，当流体机械工作时其内最低的静压恰好等于该流体在该温度下的饱和蒸汽压时，是固定的；当工作状态的最低压力远小于这个饱和蒸汽压时，由于汽穴泡内液体比饱和状态下更稀薄，因而使之值剧增，加剧了设备的空蚀程度。
其次，在汽穴泡消失时，高温高压地区的高浓度活性物质聚集，流体的溶解空气质量受温度的影响，会产生选择性的变化。例如，水中溶入的氣体中33-35%是氧气及比例更大的二氧化碳，当汽穴泡在下游消失时，其高温高压的核心富集着高浓度的氧气及二氧化碳，加之在高温高压下氧气及二氧化碳的活性剧增，因而任何金属都难以抵抗住它们的浸蚀。
最后，在流体机械运行过程中，其流体介质的运动有一定的规律，生成汽穴泡和消失汽穴泡的位置在流体机械中也是固定的，这更强化了空蚀的破坏性。
2 空蚀的防护
第一，在流体机械运行过程中，越大，则机械设备运行所处的环境温度和压力也会随之上升，容易加剧流体空蚀腐蚀。因此，为了防护空蚀对机械设备的影响，操作人员就需要降低汽穴下游流体的静压，减少值，从而使流通面积比变化平缓，切不可跃变。
第二，流体运行中的温度与压力也是随着升高而增加，而值的大小是受液体密度与饱和蒸汽密度两种因素影响的，其饱和蒸汽压又与液体的种类及温度有关，若值增加，则流体机械的空蚀现象也会随之加剧，若想控制这一因素对空蚀的影响，由于自然界的因素无法改变，就需要技术人员对空蚀发生程度进行预测，从而改变流体运行环境。
第三，在水力发电站运行过程中，若水位落差较大，高温高压是无法避免的。为了降低机械设备空蚀问题，操作人员可以从机械设备的防腐材料及涂料入手，在狭窄的流道或高速运动的叶片上喷涂抗空蚀的涂层或镶嵌抗空蚀的材料，且该涂层或材料必须是耐高温且化学性质应是中性或偏酸性，与金属基体有很强的结合力，并且有较好的弹性或韧性，即减少汽穴泡消失时对它的冲击力。
结束语
流体机械在工业生产中的应用比较广泛，空蚀现象的发生也是无法避免的，这就需要操作人员认真研究流体机械的运行，分析空蚀发生的原因及机理，通过改进流体机械设备的涂料和原料类型，控制流体运行中的和从而有效控制设备的空蚀程度，提高流体机械设备的使用寿命。
参考文献
[1] 朱丽娟，董秀琦，郭勇，王宏伟，刘玉梅.流体机械的空蚀机理及其防护[J].腐蚀科学与防护技术，2003，02：63-66.
[2] 朱丽娟，董秀琦，王宏伟，郭勇，刘玉梅.流体机械的空蚀机理及其防护[J].东方电机，2000，04：56-61.
[3] 邱宁.泵叶轮材料空蚀试验研究[D].浙江大学，2016.