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空泡效应 螺旋桨的空泡效应及其危害  叶轮叶片的汽蚀现象

作者:佚名    文章来源:本站原创    点击数:    更新时间:2022-02-22

自十九世纪中期以来,螺旋桨凭着优秀的成本效率优势,一直作为船舶最普遍使用的推进装置。螺旋桨的理论研究,在船舶技术发展过程中,它比任何一个专业领域都做得多,从经验方法过渡到数字化设计,再进而应用计算机技术进行螺旋桨最佳化的设计。

到了现代社会,人类的生活和工作节奏越来越快,对船舶的速度要求也变的越来越高,螺旋桨作为船舶的推进装置最为致命的缺陷就出现了,那就是螺旋桨的空泡效应。

空泡效应:根据伯努利定律,螺旋桨高速旋转,由于桨叶的高速移动,则桨叶背部的压力必然降低,形成一个吸力面,低压就这么产生了,当压力低于水的饱和蒸气压时,液体中的液态分子就转化为气态分子,最终会突然产生大量的气泡,被称为“空泡效应”。常规的螺旋桨最佳转速只有300-600转,大型货轮的最佳转速甚至不到100转。一旦超过这个转速,空泡就开始出现,转速越高空泡就越严重。

 

这是一种典型的空蚀现象 (I段解释这种现象产生的原因;II段说明这种现象的危害)


I:在流动的液体中,当局部区域的压力因某种原因而突然下降至与该区域液体温度相应的汽化压力以下时,部分液体汽化,溶于液体中的气体逸出,形成液流中的气泡(或称空泡),这一过程称为空化。空泡随液流进入压力较高的区域时,失去存在的条件而突然溃灭,原空泡周围的液体运动使局部区域的压力骤增。

II:如果液流中不断形成、长大的空泡在固体壁面附近频频溃灭,壁面就会遭受巨大压力的反复冲击,从而引起材料的疲劳破损甚至表面剥蚀,这就叫空化剥蚀,简称空蚀,又称气蚀。

螺旋桨运动产生的空泡 

上图的螺旋桨在飞速旋转的同时就在叶片处边缘产生了无数微小的气泡,他们在撞击叶片的边缘,话说一般受空饰撞击比较严重的地方还有叶轮中心处


空泡的危害:

1, 汽蚀:几百万分之一秒的时间里,螺旋桨产生的空泡呈现爆发式增长,之后,由于周围水的高压,空泡又被急剧压缩,直至崩溃,而崩溃时,会有爆炸性射流产生,这个射流的时速高达几千公里以上,再坚硬的螺旋桨也经不起其长年累月的冲击。射流只是其中的一个伤害。空泡破灭时,还会产生爆炸性的冲击波。射流和冲击波是空泡损伤螺旋桨的根本原因。

2, 效率下降: 发生空泡之后,产生的大量气泡使螺旋桨的阻力加大、推力下降,从而大大降低螺旋桨的推进效率。

3, 噪音和振动:大量空泡破裂时产生的噪音也是潜艇最主要的噪音来源,因为这会大大增加潜艇被敌方声呐探测到的机会。所以,越来越多的先进核潜艇不再使用常规的外露螺旋桨推进,而是采用喷水推进。

螺旋桨的叶片汽蚀,空蚀现象 

Tags:螺旋桨,空泡效应,机械维修  
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