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          清远升降机租赁, 云浮升降机租赁, 广州升降机租赁     升降机的液压元件空化理论形成及发展过程?      空化现象的发现始于1754 年欧拉(Euler)对水轮机进行的研究,发现压力降低时,水中会产生“真空”,使得理论和实验之间出现了分歧,但当时并没有确切定义此“真空”就是空化现象。1873 年,首度对空化现象进行了解释,他认为空穴的产生为螺旋桨表面压力降低后,空气被吸入所导致,这使得对螺旋桨转速进行一定程度提高后会反使航速下降。欧拉和雷诺的研究都发现了液体压力降低的作用,但都没有给出完整的解释和定义。直到1895 年,才正式提出了“空化现象”的概念,用以定义液体中早就存有的微观气泡或新出现的微小气泡成长为肉眼可见的宏观气泡的过程,而气泡的生长与局部压力降低直接相关。1897 年,发现蒸汽船的螺旋桨出现金属剥落现象,严重影响其效率,第一次出现了空蚀的概念,自此人们认识到了空化的危害性。



           空化的出现必需具备两个前提,一是存在微小气泡或气核,二是要有促使微小气泡或气核生长的动力。然而对气核的认识及研究是颇具争议的,甚至气核是不是真实存在以及其存在方式都受到很大质疑,为此众多的相关研究都对气核的存在方式提出了一些附加特性,其中的哈维(Harvey)核子模式得到普遍接受和认可。哈维认为相对于亲水性固体,在疏水性固体缝隙中会存在气核,由于表面张力的作用,其会以稳定的混合物形式存在于液体中。尽管哈维的气核理论存有主观猜想,但当前看来仍是合理的,能够很好的对已观测得到的所有空化现象进行解释。 液体局部压力的降低会产生大量的空化气泡,随着液体压力恢复的影响,产生后的空泡会形成压缩溃灭,这个过程由于空泡数量巨大导致问题复杂,所以雷利(Lord  Rayleigh)在1917 年对单空泡空进行了研究,发表了著名的理想球形空泡运动方程(Rayleigh-Plesset  Equation),此方程可以求出空泡的半径随时间的变化情况、空泡溃灭所需时间及周围水体内压力的瞬态分布。雷利方程作了理想状态假设:假设泡内不存在气体,不考虑液体的表面张力、黏性和可压缩性的影响,空泡中心相对流场是静止的,空泡所处的流场环境压力和密度分布是无限均匀的,空泡在膨胀和压缩的过程中始终保持球型。这项研究奠定了空泡动力学(Bubble  Dynamic)研究基础,同时也是第一篇关于空泡溃灭的文章。从1917 年以后到1952 年30 多年的时间里,许多学者投身于水动力学领域的空化理论研究中。1948 年,等人对内部充满气体的空泡进行了研究,发现空泡内的气体会使空泡的溃灭过程延缓,甚至引起溃灭时的回弹(Rebound),即为空泡首度溃灭后可再次生长、发展、并溃灭。经历多次回弹之后,最终空泡才完全消失,其中第一次溃灭所释放出的能量占据了总能量的很大一部分。根据克纳普的拍摄资料,空泡第一次重生后的最大体积约为初生空泡最大体积的65%,表明重生过程能量约为初生空泡能量的35%,这与史瑞凌(Thrilling)凭借理论计算获得的重生空泡体积与初生空泡体积比为0.61 的结论基本是一致的。




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        将水动力学领域的空化研究推向了顶峰,他发现当空泡壁运动速度接近或超过音速时,理论计算获得的空泡溃灭时间要比实验测得的时间略短。他认为高速运动的空泡壁会通过改变液体的可压缩性,进而影响空泡的溃灭时间。1952 年研究雷利方程时考虑了液体黏性项和空泡表面张力项,完善了雷利方程。理论研究和实验观测均表明,液体黏性会对空泡的膨胀和压缩过程起减缓作用,而表面张力则会通过增大压缩来减小膨胀。




         上述对于空泡的研究。都假定流场为无限边界且均匀的,并假设空泡从始至终均保持球型。但在很多情况下,尤其对于流场为有限空间结构时,空泡周围的压力场很难保持均匀,或者说是存有压力梯度的。研究表明,空泡在生长过程中受不均匀压力的影响形状会变得扁平,甚至形成中心凹陷,四周液体会像射流一样射向甚至穿过凹区,形成微射流。给出了一组单空泡生长和溃灭时整体形状变化的图像资料。此图像证明了射向空泡壁面的微射流的存在。发现微射流的流动速度最高可以达到1000m/s,因高速而产生的冲击作用足以导致固体壁面发生破坏。因此可知,由压力梯度的作用而形成的溃灭时能量集中指向空泡壁面是引起空蚀现象的主要原因。事实上,液体空蚀问题存在更多、更复杂的影响,如空泡群的集体溃灭、空化旋涡、能量转换等,为此很多学者建立了双空泡模型、群空泡模型进行空化研究,另外空蚀也涉及材料本身的强度及对材料的作用时间等。将表面粗糙度对空化初生的影响情况进行了详细研究,认为表面粗糙度会延迟边界层分离,进而影响压力场和速度场整体特性。在固体表面附近釆用动量冲击法产生空泡,通过高速摄像技术对空泡的溃灭过程进行了记录,并对空泡溃灭时产生的射流原因进行了初步解释。对楔形结构的水空化进行了实验研究,揭示了稳定的片状空化向周期性脱落的云状空化转变的流动机理,并首次发现了空化流动中激波的存在。



          虽然早在100 多年前就发现空化现象并且定义了空化,但是由于空化形成机理复杂,尤其对于不同介质的空化,目前仍有许多未知需要去探索,很多问题也没有真正解决,因而减少空蚀、降低噪声仍是继续发展液压技术非常关键的基础性研究。尽管液压元件和系统在设计方面经过长期的发展,积累了很多经典公式,不过这些公式对于液压元件性能与内部流场流动规律关系的考虑多有缺乏,且尚未形成系统性的公式,当前对液压元件空化的控制依然大多依托经验性的认识。要减少液压元件空化需要从流场的微观角度对油液流态进行研究,从而可以通过改变流道结构尺寸或介质属性使流场中的负压、旋涡、湍动等消失或减少,进而控制空化。



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