什么是气蚀?

什么是气蚀?

气蚀(cavitation;cavitation erosion)又称空蚀,当物质表面上的流体发生空化现象时,会在物质表面留下细小的麻点并逐渐扩大成洞穴状腐蚀破坏的凹坑,这种现场就称为气蚀。

「气蚀-在工程领域的影响」

在水翼、螺旋桨、水轮机叶片等所处的流场中气蚀破坏是非常常见的,空化产生局部高能冲击载荷进而诱导表面的气蚀破坏(如下图),而压力脉冲的累积效应也能够诱发强烈的振动、噪声等问题。

日本H2火箭由于非稳态空化引起了轴流泵诱导轮的振动破坏,最终导致了发射失败,类似的空化诱导振动问题在美国的火箭设计中也屡次被报道。螺旋桨空化噪声也是潜艇隐蔽性中的重要问题。因此,在高速水动力学领域,空化可以说是工程应用中的头号敌人。

(b) 水泵诱导轮空蚀,(c) 螺旋桨舵面空蚀

「气蚀-在自然界的影响」

在自然界中也有许多的现象与空化气蚀相关,影响着许多水生动物的行为。

许多大型的哺乳动物或鱼类,游动速度能够超过15m/s,尾鳍处可能会产生“气泡”,出现类似空蚀的效果。

有报道称,海豚游动的速度限制主要来自于空化,因为“气泡”溃灭会让它们觉得很痛。而金枪鱼因为尾鳍是骨质的,没有神经和疼痛感,据称瞬时最高时速能够达到160km/h。也有学者观察到金枪鱼尾鳍上由于气蚀形成的小坑。

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