[发明专利]空化腔实验装置及空化腔实验方法

说明书

本发明提供了一种空化腔实验装置及空化腔实验方法，该空化腔实验装置包括：箱体、上凸台、下凸台和顶盖，所述箱体设置有空化室，所述空化室具有入口端和出口端，所述箱体包括顶板和底板，所述顶板与所述底板相对布置，所述上凸台安装于所述顶板且至少部分延伸至所述空化室内；所述下凸台安装于所述底板且至少部分延伸至所述空化室内，所述上凸台与所述下凸台之间设置有狭缝通道，所述顶盖安装于所述顶板且面向所述空化室，所述顶盖位于所述上凸台的靠近所述出口端的一侧，实现对空蚀损伤现象中的空化非稳定压力脉动规律和损伤机理进行全面准确的研究。

技术领域

本发明涉及水力空化和空蚀损伤技术领域，尤其涉及一种空化腔实验装置及空化腔实验方法。

背景技术

空蚀是在一定环境温度条件下，液体介质因局部压力小于该状态下液体饱和蒸汽压而产生空泡，然后材料会受到空泡溃灭产生的连续高压和高速微射流冲击作用，致使材料表面破坏的现象。固体表面在经过这种空泡溃灭冲击的多次反复作用下，材料发生疲劳脱落，使表面出现小的凹坑。严重的空蚀作用甚至导致材料表面的大面积脱落，甚至是穿孔。在石油化工突变流道上及诸如阀门、水泵、螺旋桨等水力机械上，由于节流降压效应产生严重的空蚀损伤现象，严重影响管道、阀门和水力机械的使用寿命。

通过文丘里管空化实验装置，可以对空化非稳定压力脉动规律和损伤机理进行研究。文丘里管空化实验装置是基于文丘里节流降压效应设计的，其原理是当液体流经文丘里管时，喉部流速增大到一定程度后，在该位置处会产生低压引起空化现象，形成固定性空穴，在固定性空穴表面附着的游移型空泡将在尾部溃灭，如在固定性空穴尾部放置试样，则试样表面由于空泡溃灭而发生空蚀破坏。

通过改变喉管处结构及喉管部分的尺寸或者形状，改变空化结构，提高空化效果，所形成的空泡能够直接对材料表面造成空蚀破坏，来测试材料的抗空蚀能力。通过构成不同程度的节流效果，在不同的节流通道下，形成不同的空化状态，随着液体介质流速的改变，也会改变不同的空化强度。在不同的固定性空穴尾部放置试样，可以分析不同空化状态对不同材料的试样空蚀损伤。

文丘里管空化实验装置具有进口段、喉管、扩张段，如图1所示，包括：液体入口1A、喉管2A、管壁3A、滑动挡板4A、带手柄的长螺杆5A和液体出口6A。流体经过进口逐渐提高流速，在喉部达到最高流速后，出现节流降压效应，低于饱和蒸汽压后出现空泡。

通常情况下，为了实现不同空化效果在孔板背后设置一个滑动挡板，利用螺纹螺杆的机械原理，通过手柄带动长螺杆转动时，滑动挡板将上下移动，从而实现孔板上部分位置的圆孔处于工作状态，其余圆孔处于非工作状态，即实现水利空化效果调节的目的；通过调节孔板上的小孔数目，使文丘里空化装置适用于多种工况，可以替代多个文丘里孔板或文丘里空化装置，减少耗材量，降低人力成本，消除设备更换所消耗的时间。

但是，文丘里管里液体流经喉管部分的流速较高，加之由于滑动挡板出现形成的突变流道，极易对滑动挡板造成严重的损害。而且形成的空化状态混乱，难以分析空化状态的演变特性。由于喉管部分的尺寸固定且更换复杂，分析不同尺寸的喉管部分较难实现，适用性较差；而且因为其中心对称结构，导致喉管上下位置产生的空泡不能充分发展，分析空泡发展的过程相对困难。

综上，空蚀损伤现象中的空化非稳定压力脉动规律和损伤机理，目前还难以进行全面准确的研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种空化腔实验装置及空化腔实验方法，以对空蚀损伤现象中的空化非稳定压力脉动规律和损伤机理进行全面准确的研究。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：