掺气减蚀机理的实验研究

空蚀破坏是水利水电工程中最常见的破坏形式之一，掺气减蚀现已成为一种常用的空蚀破坏防治技术。但是，迄今为止对掺气减蚀内在机理的认识还非常模糊，甚至可以说基本停留在假说层面上，各种解释归纳起来，至少不下十种，却都缺乏切实可靠的证据。为了更好地解决掺气减蚀问题，必须清楚地、直接地揭示掺气为什么能够减蚀这一基本问题。本项目将采用超声波诱发空化、电火花诱发空化和文丘里水洞诱发空化的方式形成空化泡，通过气阀掺气和电解掺气的方式加入适量的空气泡，采用高速摄像技术，必要时辅以显微镜观察和水听器监测，直接捕捉空泡、气泡和壁面三者之间的相互作用过程；同时，揭示气泡群的形变效应和空泡群的聚焦效应；研究空泡含气对空化空蚀的影响；最终准确地揭示出掺气减蚀的内在机理。研究成果对于推动掺气减蚀技术的进一步发展具有重要的价值。本项目已有初步的实验研究基础，初步完成的实验装置和取得的初步成果可确保研究目标的顺利实现。

空蚀破坏是水利水电工程中最常见的破坏形式之一，掺气减蚀是一种常用的空蚀破坏防治技术。但是，对于掺气减蚀的机理长期认识不清。本项目通过细观尺度的实验研究，揭示出空气泡减免空化泡溃灭对壁面破坏作用的机理在于：当空气泡与空化泡相距较远时，空气泡可以阻挡空化泡的溃灭冲击波；当空气泡与空化泡相距较近时，空气泡可以改变空化泡的溃灭方向；当空气泡与空化泡相距很近时，二者会合并成为含气性空化泡，其溃灭强度大为降低。这便是掺气减蚀的真正机理。只有深入到细观尺度，才能直接揭示出这些机理，它对于掺气减蚀技术的发展和应用具有明显的价值。此外，本项目所揭示的空化泡与空气泡的相互作用规律、不同壁面条件下近壁面空化泡的溃灭特性、双空化泡之间相互作用规律、含气性空化泡的溃灭特性以及空化泡群的相互作用和空气泡群对空化泡溃灭的影响等也对掺气减蚀研究具有重要的参考价值。.本项目已发表论文4篇（其中SCI收录3篇），已投稿论文2篇。获国家发明专利授权3项，已公开的国家发明专利2项。结合本项目培养博士研究生4人，另有在读2人；培养硕士研究生3人，另有在读1人。本项目成果也是2012年国家技术发明二等奖成果“高水头大流量泄水建筑物分级防冲防蚀成套技术”的内容之一。