一,、螺旋槳氣蝕產生條件,?運動物體受到空化沖擊后表面出現(xiàn)的變形和材料剝蝕現(xiàn)象,又稱剝蝕或空蝕,??瘴g是流體動力學、材料學和物理化學的復雜現(xiàn)象,??瘴g是固體表面與液體相對運動所產生的表面損傷,通常發(fā)生在水泵零件,、水輪機葉片和船舶螺旋槳等表面,。 用磁致伸縮氣蝕儀進行的氣蝕試驗表明.氣蝕失重率一時間曲線大致分成四個階段 (1)氣蝕的起始階段,即孕育期(Incubationperiod):在此階段,,材料沒有損失或損失很少,,表面產生了少量的塑性變形[m,z0]。在大多數(shù)氣蝕條件下均可以觀察到這一階段,。孕育期的長短依賴于材料的性能和氣蝕的強度,。 (2)氣蝕上升期(Accumulationperiod):在這一階段,隨著氣蝕暴露時間的延長,,材料失重迅速增加,,即在孕育期之后材料開始吸收越來越多的沖擊能量,導致表面加工硬化和沖擊加強,,使得材料失重率迅速增加,,這一時期主要受材料的加工硬化機制控制。在這一階段,,氣蝕坑遍布整個表面,。 (3)穩(wěn)定期(Stationaryperiod):即氣蝕率恒定期,可觀察到氣蝕率保持一個恒定的值,,這一時期與與材料表面的均勻沖擊加工硬化有關,,氣蝕率達到最大值,導致曲線上出現(xiàn)峰值,。對于不同的材料,,這一時期有長有短。 (4)下降期(Attenuationperiod):在穩(wěn)定期之后,,氣蝕率開始下降,。在下降期,氣蝕速率迅速下降或出現(xiàn)波動,,氣蝕率的降低與靠近粗糙表面的汽泡潰滅壓力的減小,、氣體進入充滿流體的蝕坑造成的緩沖作用及氣蝕區(qū)氣體在液體中的擴散有關。這一時期的初始特征是在測試材料表面形成了孤立的深坑,。對于不同的材料,,氣蝕各個時期的長短是不同的,,就是同一種材料,,采用相同的加工方法,,若采用不同的實驗方法,得到的結果也不盡相同,,可以預見,,延長材料的孕育期,就可提高材料的抗氣蝕壽命,,因此如何延長材料的氣蝕孕育期,,一直是氣蝕研究的重點內容。當然,,這幾個階段在抗氣蝕中的角色和重要性還有待于深入研究,。在已有的研究成果中,人們試圖將這幾個階段與材料的特質與性能相聯(lián)系[21],。隨著人們對氣蝕過程認識的不斷深入,,氣蝕各階段與材料的性能之間、與氣蝕微觀形貌之間的關系會更加明晰,,這又會促進人們對氣蝕機理的研究,。 二、一般輪船的螺旋槳是3~4葉片件組成的,,為何潛艇的是很多塊葉片組成葉片,?其實主要是降低轉速,保證推力,,同時抑制噪聲,;槳葉數(shù)主要還是工藝和成本決定的;大家有興趣可參考流體動力學;非對稱的不容易產生共振,,噪音小,。采用七葉也是因為非對稱的螺旋槳產生的氣泡比較少。多槳和大側葉情況下相同推力所需的轉速較小可以降低噪音,。 三,、空泡效應?根據(jù)伯努利定律,,螺旋槳高速旋轉,,由于槳葉的高速移動,則槳葉背部的壓力必然降低,,形成一個吸力面,,低壓就這么產生了,當壓力低于水的飽和蒸氣壓時,,液體中的液態(tài)分子就轉化為氣態(tài)分子,,最終會突然產生大量的氣泡,,被稱為“空泡效應”。 常規(guī)的螺旋槳最佳轉速只有300-600轉,,大型貨輪的最佳轉速甚至不到100轉,。一旦超過這個轉速,空泡就開始出現(xiàn),,轉速越高空泡就越嚴重,。 四、七葉螺旋槳為什么噪音低,?七片槳葉是非對稱的,,不容易產生共振,所以噪音小,。 采用七葉也是因為非對稱的螺旋槳產生的氣泡比較少,。多槳和大側葉情況下相同推力所需的轉速較小可以降低噪音?! 〖热徊粚ΨQ的槳葉有這些優(yōu)點,,為什么不用三葉的呢?三葉螺旋槳推進速度要達到七葉螺旋槳同樣的速度,轉速至少高出10倍.高轉速會引起大的噪音變化,顯轉速快噪音會高出數(shù)十分貝. 螺旋漿的葉數(shù)數(shù)量經過科學家百年的研究,基本上已經有結論,數(shù)量少的比如三葉螺旋槳一般用于速度要求極高的輕型船只,比如快艇. 潛艇因為大部分時間在水下活動,速度不是唯一指標,安靜性反而成為事關生死的重要指標.經過大量實驗,七葉大側斜螺旋槳成為最有效的推進裝置,原因在于在低轉速時仍然能夠保持推進速度. 五,、高速流體為什么會有氣泡產生,?流體高速運動,會造成局部壓力減小,,特別是高速艦船,、螺旋槳、魚雷等在水中運動時,,會造成局部水的壓強降低,,達到常溫下的蒸氣壓。這就是高速航行水中產生氣泡的原因,。那些氣泡的氣體成分大多是水蒸氣,,因為當液體在與固體表面接觸處的壓力低于它的蒸汽壓力時,將在固體表面附近形成氣泡,。另外,,溶解在液體中的氣體也可能析出而形成氣泡。 其實相關的有個專業(yè)術語叫做氣蝕(cavitation,;cavitation erosion)又稱穴蝕,。流體在高速流動和壓力變化條件下,與流體接觸的金屬表面上發(fā)生洞穴狀腐蝕破壞的現(xiàn)象,。常發(fā)生在如離心泵葉片葉端的高速減壓區(qū),,在此形成空穴,空穴在高壓區(qū)被壓破并產生沖擊壓力,,破壞金屬表面上的保護膜,,而使腐蝕速度加快,。氣蝕的特征是先在金屬表面形成許多細小的麻點,然后逐漸擴大成洞穴,。氣蝕就是這些氣飽破裂是產生的,。 六、氣縛現(xiàn)象與氣蝕現(xiàn)象有和區(qū)別,?如果故意要這么做,,并且作用時間夠長,,有可能會使船底千瘡百孔,,可能造成損壞船底。因為有種叫氣蝕的現(xiàn)象,。但還不清楚會否在船底發(fā)生這一現(xiàn)象,。 物理學上把這一現(xiàn)象稱為氣蝕,又稱“空泡”,。當20世紀的第一批遠洋巨輪下水試航時,,人們發(fā)現(xiàn)僅僅過了12個小時,螺旋槳的作用就失效了,,整個螺旋槳千瘡百孔,。工程師們仔細查找“肇事者”,但在很長時間內都未能破案,。后來在科學家們的幫助下,,經過多年的觀察和研究,才證實了這是由于氣蝕現(xiàn)象造成的,。破壞螺旋槳的“罪犯”就是螺旋槳高速旋轉時產生的氣泡,。由于螺旋槳轉速較快,對水的沖擊力很大,,因而在螺旋槳周圍就形成了一大片氣泡云,,這些氣泡微小到肉眼難以辨別的程度。半徑非常小的水泡內的空氣壓強極大,,當水泡破裂時產生的壓強可達幾千個大氣壓,。無數(shù)個小氣泡不斷破裂,在高壓氣的連續(xù)沖擊下,,輕則會降低螺旋槳的推進效率,,重則使金屬構件受到破壞而使螺旋槳失效。 七,、船舶新式減阻方法,?船舶新式減阻的方法主要包括以下幾種: 1.光滑涂層:在船舶船底涂上一層光滑的涂層,可以減少水流與船體的摩擦力,,從而降低船舶阻力,。 2.氣體泡涂層:將氣體泡涂于船舶船底,,形成一層氣體膜,可以減少水流與船體的接觸面積,,從而降低船舶阻力,。 3.氣體噴射:在船體周圍噴射高壓氣體,形成一層氣體膜,,可以減少水流與船體的摩擦力,,從而降低船舶阻力。 4.空氣潤滑:在船舶船底安裝氣體噴射器,,將高壓氣體噴入水流中,,形成一層氣墊,可以減少水流與船體的接觸面積,,從而降低船舶阻力,。 5.流線型設計:采用流線型設計的船體,可以使水流更加順暢地流過船體,,從而降低船舶阻力,。 |
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