空蚀

运动物体受到空化冲击后表面出现的变形和材料剥蚀现象(图1，图2)又称剥蚀或气蚀。空蚀是流体动力学、材料学和物理化学的复杂现象。1902年，最先在英国驱逐舰“Cobra” 号螺旋桨上发现空蚀。接着在水工建筑物和水力机械上也看到同样的现象。当时认为桨叶材料的剥落是海水腐蚀造成的，但是试验证明在蒸馏水中运动的物体也会出现类似的剥蚀，因而确认这种现象仅是机械力冲击的结果。据现在分析，上述两种因素都起作用。在空化过程中，空泡急速产生、扩张，又急速溃灭，在液体中形成激波或高速微射流。金属材料受到冲击后，表面晶体结构被扭曲，出现化学不稳定性，使邻近晶粒具有不同的电势。物体表面局部点上材料剥落后，出现的新的纯净金属和周围旧金属之间构成一对电极而产生腐蚀电流，从而加速电化学腐蚀过程。剥蚀区域中材料的机械性能显著恶化，从而导致空蚀量激烈增加。因为空泡在溃灭过程中能形成电离层，所以施加适当的外磁场就能控制空蚀程度。

图1浆叶梢部空蚀

图2导管内壁空蚀

空蚀的程度以空蚀强度来衡量。空蚀强度常用单位时间内材料的减重、减容、穿孔数和表面粗糙度变化作为特征量。空蚀过程分为几个阶段：最初只有材料表面的变形或少量减重，形成空蚀潜伏区；然后单位时间的减重突然增大，形成空蚀加速区；过些时间后，单位时间的减重慢慢减小，形成空蚀减速区；最后，单位时间的减重基本不变，形成空蚀稳定区。因为液体和材料的性质不同，上述各个阶段中的变化也有差异。

空蚀是空化的后果，但并非所有空化都造成材料的损坏，只有不稳定的空化，如不定常流动中出现的空化或封闭空泡的尾端，才会引起空蚀。因此，空蚀往往出现在物体的局部区域。空蚀的机理与材料受固体微粒或液滴冲击而损坏是不同的。为消除和减轻空蚀损坏，运动部件应在尽可能稳定的条件下运转。消极的办法是在可能发生空蚀的部位涂上或包上弹性强的材料，或注入气体以吸收空泡溃灭所辐射的能量，也可用化学防腐方法来减轻空蚀过程的腐蚀作用。

研究空蚀一般常作两种试验：几何相似的模型试验和非几何相似的屏蔽试验。主要设备是水洞的特殊工作段、磁致伸缩仪、转盘、高速射流装置等。

参考书目 R.T.柯乃普等著，水利水电科学研究院译：《空化与空蚀》，水利出版社，北京，1981。(R.T. Knapp，J.W.Daily and F.G.Hammitt，Cavitation，McGraw-Hill，New York，1970.)