水工建筑物的空化與空蝕

內(nèi)容概要

　　《水工建筑物的空化與空蝕》分10章，依次是：泡動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)、空化、空化噪聲、空蝕、過流表面不平整引起的空化與空蝕、壩身泄水孔進(jìn)口及閘槽的空化特性、孔板與洞塞的空化特性、有壓彎曲管道和岔管的空化空蝕特性、其他水工建筑物的空化空蝕特性、摻氣減蝕。前4章用相對簡短的篇幅闡明空化和空蝕的力學(xué)機(jī)制，第5～9章敘述了主要水工建筑物的空化與空蝕特性，第10章說明了摻氣減蝕的原理及其工程措施。
《水工建筑物的空化與空蝕》可供水利工程相關(guān)專業(yè)的科研、教學(xué)和工程技術(shù)人員參考，也可作為水利工程各專業(yè)研究生的教材和本科高年級學(xué)生的參考書?！端そㄖ锏目栈c空蝕》還可供流體機(jī)械、船舶工程等有關(guān)技術(shù)人員參考。

作者簡介

　　倪漢根，上海市崇明縣人，1935年7月生、碩士、教授、博士生導(dǎo)師、1963年大連工學(xué)院水動(dòng)力專業(yè)研究生畢業(yè)。著有《氣核－空化－空蝕》、《大壩抗震特性與抗震計(jì)算》(合著)、《高效消能工》及《擊波水躍跌水消能》(合著)發(fā)表學(xué)術(shù)論文近200篇。
劉亞坤，黑龍江省訥河市人，1968年11月生博士、教授、博士生導(dǎo)師，中國水利學(xué)會(huì)青年工作委員會(huì)委員，中國水力發(fā)電工程學(xué)會(huì)水工水力學(xué)專業(yè)委員會(huì)委員，水和水電泄水工程與高速水流信息網(wǎng)網(wǎng)員研究方向?yàn)楣こ趟W(xué)，負(fù)責(zé)完成水利工程科研課題70余項(xiàng)著有《水力學(xué)》、《擊波水躍跌水消能》(合著)、《水利水電工程專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)》(合編)、《水利科學(xué)與海洋工程》(合編)、《注冊土木工程師(港口、海岸與近海工程)執(zhí)業(yè)資格考試教材》(合編)等，發(fā)表學(xué)術(shù)論文60余篇。

書籍目錄

第1章　泡動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)
　1.1　水中的氣核分布
　　1.1.1　氣核半徑R的實(shí)測分布函數(shù)
　　1.1.2　氣核半徑密度函數(shù)的經(jīng)驗(yàn)表達(dá)式
　1.2　球泡的靜平衡方程與穩(wěn)定性條件
　　1.2.1　泡內(nèi)只含蒸汽
　　1.2.2　泡內(nèi)只含不溶解氣體
　　1.2.3　泡內(nèi)同時(shí)含有蒸汽和不溶解氣體
　1.3　球泡運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力方程
　　1.3.1　球泡在靜止液體中運(yùn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)力方程
　　1.3.2　球泡在流場中運(yùn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)力方程
　1.4　球狀汽泡在靜止液體中的生長和潰滅
　　1.4.1　球狀汽泡的生長
　　1.4.2　球狀汽泡的潰滅
　1.5　靜水中一般球泡及氣泡的生長和潰滅
　　1.5.1　運(yùn)動(dòng)方程和運(yùn)動(dòng)特性
　　1.5.2　泡的振蕩頻率與振幅
　　1.5.3　泡壁的最大潰滅速度與流場壓強(qiáng)
　1.6　液體中溶解氣體的擴(kuò)散與氣核在流場中運(yùn)動(dòng)的簡化算例
　　1.6.1　液體中溶解氣體向泡內(nèi)擴(kuò)散量的估計(jì)
　　1.6.2　氣核在流場中運(yùn)動(dòng)的簡化算例
　1.7　一個(gè)值得研究的問題
　1.8　計(jì)及相對平移時(shí)非球形泡的運(yùn)動(dòng)特性
　　1.8.1　坐標(biāo)系與廣義坐標(biāo)
　　1.8.2　流場的誘生速度勢
　　1.8.3　誘生場場的動(dòng)能T
　　1.8.4　廣義力向量Q
　　1.8.5　計(jì)及相對平移時(shí)非球形泡的運(yùn)動(dòng)方程
　　1.8.6　數(shù)值算例
　1.9　近壁泡的潰滅特性
　　1.9.1　近壁泡潰滅過程的基本特征
　　1.9.2　參數(shù)對潰滅時(shí)間的影響
　　1.9.3　β與泡心位移的關(guān)系
　　1.9.4　β與微射流特性的關(guān)系
　　1.9.5　β與p1max和p2max的關(guān)系
　　參考文獻(xiàn)
第2章　空化
　2.1　空化與空化數(shù)
　　2.1.1　空化
　　2.1.2　空化數(shù)
　2.2　初生空化數(shù)及其測定方法
　　2.2.1　初生空化數(shù)的定義
　　2.2.2　初生空化數(shù)的測定方法
　　2.2.3　初生空化數(shù)與消失空化數(shù)
　2.3　初生空化數(shù)的比尺效應(yīng)
　　2.3.1　從Rayleigh-Plesset方程考察初生空化數(shù)的比尺效應(yīng)
　　2.3.2　含氣量對初生空化數(shù)的影響
　　2.3.3　流速對初生空化數(shù)的影響
　　2.3.4　尺度對初生空化數(shù)的影響
　　2.3.5　表面張力、黏性對初生空化數(shù)的影響
　　2.3.6　水流挾沙對初生空化數(shù)的影響
　2.4　減壓相似模型試驗(yàn)初生空化數(shù)比尺效應(yīng)的修正
　　2.4.1　流場有大分離區(qū)
　　2.4.2　流場無大分離區(qū)
　2.5　其他幾種特征空化數(shù)
　　2.5.1　臨界空化數(shù)
　　2.5.2　初蝕空化數(shù)
　　2.5.3　阻塞空化數(shù)
　　2.5.4　特征空化數(shù)的相對關(guān)系
　2.6　初生空化數(shù)的概率估計(jì)
　　2.6.1　初生空化數(shù)的數(shù)學(xué)力學(xué)定義
　　2.6.2　初生空化數(shù)理論預(yù)測的步驟
　　2.6.3　弓形凸體初生空化數(shù)的計(jì)算和實(shí)測結(jié)果
　　參考文獻(xiàn)
第3章　空化噪聲
　3.1　空化噪聲的基本參數(shù)、基本特性與聲壓的控制方程
　　3.1.1　空化噪聲的基本參數(shù)
　　3.1.2　聲波在兩種不同介質(zhì)面上的折射與反射
　　3.1.3　聲波在水中傳播時(shí)的聲壓控制方程
　3.2　單空泡噪聲頻譜
　3.3　原、模型中空化噪聲的關(guān)系
　3.4　用噪聲譜判定初生空化數(shù)
　　3.4.1　用空化數(shù)與噪聲強(qiáng)度或噪聲脈沖數(shù)的關(guān)系判定初生空化數(shù)
　　3.4.2　用背景噪聲譜比較判定初生空化數(shù)
　　參考文獻(xiàn)
第4章　空蝕
　4.1　空蝕率
　　4.1.1　常用的空蝕率指標(biāo)及其測定裝置
　　4.1.2　空蝕率和試驗(yàn)時(shí)間的關(guān)系曲線
　4.2　試驗(yàn)參數(shù)對空蝕率的影響
　　4.2.1　速度效應(yīng)
　　4.2.2　壓強(qiáng)效應(yīng)
　　4.2.3　尺寸效應(yīng)
　　4.2.4　溫度效應(yīng)
　　4.2.5　含氣量對空蝕率的影響
　　4.2.6　液體特性對空蝕率的影響
　　4.2.7　空蝕試驗(yàn)材料特性對空蝕率的影響
　4.3　空蝕率的相關(guān)量
　　4.3.1　空化噪聲
　　4.3.2　空蝕量與空泡潰滅壓強(qiáng)
　4.4　空蝕機(jī)制
　　4.4.1　空蝕荷載
　　4.4.2　空泡潰滅荷載作用下固壁中的應(yīng)力
　　4.4.3　固壁的破壞模式
　4.5　初生空蝕的比尺效應(yīng)
　　4.5.1　若干有壓系統(tǒng)初蝕空化的試驗(yàn)結(jié)果
　　4.5.2　有壓系統(tǒng)初蝕空化數(shù)沒有尺寸效應(yīng)的理論說明
　　4.5.3　流速和壓強(qiáng)對初蝕空化數(shù)的影響
　4.6　混凝土的抗空蝕強(qiáng)度
　　4.6.1　混凝土抗空蝕強(qiáng)度的測定
　　4.6.2　試驗(yàn)結(jié)果
　　4.6.3　水泥沙漿的抗空蝕強(qiáng)度
　　4.6.4　混凝土的抗空蝕指標(biāo)
　　參考文獻(xiàn)
第5章　過流表面不平整引起的空化與空蝕
　5.1　表面不平整引起空蝕的工程實(shí)例
　5.2　表面不平整體空化研究概況
　　5.2.1　對過流壁面均布不平整空化初生的研究
　　5.2.2　平板表面孤立不平整體的初生空化數(shù)
　5.3　有關(guān)規(guī)范、手冊推薦的不平整體初生空化數(shù)
　　5.3.1　我國《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范》SL　253—2000建議值
　　5.3.2　文獻(xiàn)[29]對不平整體初生空化數(shù)的推薦值
　5.4　不平整度的控制
　　5.4.1　我國有關(guān)規(guī)范規(guī)定的不平整度標(biāo)準(zhǔn)
　　5.4.2　文獻(xiàn)[29]建議的允許不平整度
　　5.4.3　其他一些國家的規(guī)定
　　5.5　非平板母體上凸體的初生空化數(shù)
　　5.6　混凝土表面不平整體引起的空蝕量的估計(jì)
　　5.6.1　混凝土破壞的物理機(jī)制與不平整體下游的空蝕圖案
　　5.6.2　混凝土襯砌上不平整體后單空蝕坑的極限深度
　　5.6.3　總空蝕量的估計(jì)
　5.7　水流摻氣后表面不平整度控制的理論考慮
　　5.7.1　不摻氣條件下初蝕空化數(shù)□與相應(yīng)的氣核失穩(wěn)半徑Rc
　　5.7.2　不摻氣條件下空化區(qū)的平均長度及空泡潰滅前的最大半徑Rmax
　　5.7.3　不摻氣條件下作用在固壁上的最大空泡潰滅點(diǎn)壓強(qiáng)
　　5.7.4　摻氣后不產(chǎn)生初生空蝕的等腰三角形不平整凸體的估計(jì)
　　參考文獻(xiàn)
第6章　壩身泄水孔進(jìn)口及閘槽的空化特性
　6.1　壩身泄水孔進(jìn)口的空化特性概述
　6.2　進(jìn)口曲線段的壓力系數(shù)與門槽空化
　6.3　進(jìn)口段有不平整體時(shí)的初生空化數(shù)
　　6.3.1　與式(6—1)、式(6—2)相應(yīng)的疊加原理
　　6.3.2　曲率半徑很小部位處不平整體對進(jìn)口初生空化的影響
　6.4　底孔明流段的空化特性及允許不平整體的試驗(yàn)確定
　6.5　閘槽的空化特性
　　6.5.1　概述
　　6.5.2　凹槽與二維門槽的初生空化數(shù)
　　6.5.3　表孔門槽
　　參考文獻(xiàn)
第7章　孔板與洞塞的空化特性
　7.1　孔板的空化特性
　　7.1.1　孔板的阻力系數(shù)□
　　7.1.2　最小壓強(qiáng)系數(shù)Cpmin
　　7.1.3　孔板下游水流的脈動(dòng)特性
　　7.1.4　孔板的奎化特性
　　7.1.5　孔板的初蝕空化數(shù)
　　7.1.6　多級孔板水力設(shè)計(jì)的爭空化原則
　7.2　洞塞的空化特性
　　7.2.1　洞塞的阻力系數(shù)
　　7.2.2　洞塞的初生空化數(shù)與初蝕空化數(shù)
　　7.3　以初生空化數(shù)為水力設(shè)計(jì)準(zhǔn)則時(shí)洞塞消能與孔板消能的比較
　　參考文獻(xiàn)
第8章　有壓彎曲管道和岔管的空化空蝕特性
　8.1　有壓彎曲管道的空化特性
　　8.1.1　概述
　　8.1.2　有壓矩形斷面彎管的空化特性
　　8.1.3　有壓圓形斷面彎管的空化特性
　　8.1.4　有壓圓形斷面彎管有升坎時(shí)的初生空化數(shù)
　8.2　岔管的空化空蝕特性+
　　8.2.1　概述
　　8.2.2　卜形岔管的水力特性
　　參考文獻(xiàn)
第9章　其他水工建筑物的空化空蝕特性
　9.1　突擴(kuò)突跌摻氣設(shè)施
　　9.1.1　概述
　　9.1.2　幾個(gè)已建和在建的工程實(shí)例
　　9.1.3　突擴(kuò)突跌下游的水翅高度與出口挑坎高程及明流段的最小長度
　9.2　壩面跌坎摻氣體形空化特性
　　9.2.1　突跌摻氣體形的流態(tài)、壓力與摻氣特性
　　9.2.2　突跌摻氣體形的空化特性
　9.3　消力坎及消力池中其他輔助消能工的空化特性
　　9.3.1　連續(xù)式消力坎
　　9.3.2　消力池中其他輔助消能工的初生空化數(shù)
　9.4　堰面的空化特性
　　9.4.1　堰頂部位的空化
　　9.4.2　反弧段與挑流鼻坎的空化與空蝕
　9.5　閘門及閘門底緣的空化空蝕
　　9.5.1　弧門的空蝕
　　9.5.2　平面閘門底緣的初生空化數(shù)
　　參考文獻(xiàn)
第10章　摻氣減蝕
　10.1　概述
　10.2　摻氣水體的聲速與摻氣減蝕機(jī)制
　　10.2.1　摻氣水體的聲速
　　10.2.2　摻氣減蝕的機(jī)理
　10.3　摻氣減蝕的工程設(shè)施
　　lO.3.1　摻氣減蝕工程設(shè)施的形式
　　10.3.2　摻氣設(shè)施的尺寸
　　10.3.3　摻氣減蝕設(shè)施的位置
　　10.3.4　我國有關(guān)規(guī)范對摻氣裝置的要求及形式與尺寸的建議
　10.4　摻氣設(shè)施的水力指標(biāo)
　　10.4.1　摻氣減蝕設(shè)施的空腔長度L
　　10.4.2　空腔水舌上、下緣壓差水頭△p／(pg)
　　10.4.3　摻氣量
　　10.4.4　摻氣裝置的保護(hù)長度
　　參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：插圖：3.改變近壁泡的潰滅過程，減小固壁阻力在近壁泡的潰滅特性中說過，空泡在清水中潰滅時(shí)如遇剛性固壁，它會(huì)向固壁移動(dòng)，在一定的條件下空泡會(huì)接壁，這樣固壁上受到的空化荷載就比較大；但是當(dāng)固壁的剛性逐漸下降時(shí)，可變形固壁和氣泡的相互作用會(huì)改變空泡的生長和潰滅過程。文獻(xiàn)研究過振蕩泡和自由水面間的相互作用，文獻(xiàn)研究過在可變形表面附近泡的生長和潰滅過程。自由水面實(shí)質(zhì)上也是一種可變形表面，只是相應(yīng)的表面剛度極小而已。圖10-5是自由水面附近空泡的生長和潰滅過程；圖10-6描繪了泡在可變形壁附近的生長和潰滅特征，它的固壁是由有機(jī)玻璃、泡沫塑料和天然橡膠三種材料組成的，因?yàn)橛信菽芰蠆A層，所以固壁剛度不大。這兩個(gè)圖中泡的輪廓的變化過程都是由高速攝影照片整理得到的。雖然這兩個(gè)圖中的邊界剛度相差很大，但它們的運(yùn)動(dòng)特性是相似的。概括來說，它們的主要共同點(diǎn)是：生長時(shí)期泡向可變形邊界移動(dòng)；潰滅時(shí)期可變形邊界對泡有排斥力，泡逐漸離開邊界；微射流不射向固壁而射向液體內(nèi)部。近壁層的液體摻氣以后，就像在固壁表面蓋上了一層剛性很小的可變形層，它對潰滅空泡有排斥作用，使它遠(yuǎn)離固壁并使?jié)缗莸奈⑸淞鞲淖兎较?。正是空泡潰滅過程的這一重要變化，使固壁不再承受由空泡潰滅時(shí)微射流轉(zhuǎn)化的最大潰滅壓強(qiáng)，同時(shí)因潰滅泡遠(yuǎn)離固壁也大大消減了作用在固壁上的最大輻射壓強(qiáng)，從而減輕了固壁的空蝕。

編輯推薦

《水工建筑物的空化與空蝕》由大連理工大學(xué)出版社出版。

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