空化基础 [Fudnamentals of Cavitation] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[法] 让-皮埃尔·佛朗（Jean-Pierre Franc） 著，宋云露，冯光 译

图书标签:

• 空化
• 流体力学
• 物理
• 工程
• 材料
• 声学
• 振动
• 腐蚀
• 泵
• 水力机械

出版社： 国防工业出版社

ISBN：9787118105759

版次：1

商品编码：12254472

包装：精装

丛书名： 科工精译

外文名称：Fudnamentals of Cavitation

开本：16开

出版时间：2017-05-01

用纸：胶版纸

页数：245

字数：333000

正文语种：中文

内容简介

　　《空化基础》论述了发生在流动液体中所有类型的空化，包括泡空化（在*简单情况下就是球泡）、片空化、超空化和通气超空化、在剪切和漩涡流动中的空化以及其它类型。主要内容涵盖了空化起始，以及在高速水动力学中遇到的充分发展的空化等领域。
　　《空化基础》旨在面向面临空化问题的大学毕业生、研究人员和工程师，特别是水力机械和舰船推进等工程领域的研发人员。文中对影响空化的各种因素，如表面张力、质热交换、黏性和边界层、可压缩性、核浓度、湍流等进行了细致的论述，以求解释空化机理。除了阐述这些现象的物理机制，还介绍了多种研究方法，有的是试验手段，有的是仿真计算，相信读者通过学习能应对空化的基本问题。

内页插图

目录

第1章 空化流的主要特征
1．1 物理现象
1．1．1 空化的定义
1．1．2 汽化压力
1．1．3 蒸汽空泡的主要形式
1．2 真实液体流动中的空化
1．2．1 空化状态
1．2．2 利于空化形成的典型工况
1．2．3 空化对水力学的主要影响
1．3 空化流动的特点
1．3．1 压力和压力梯度
1．3．2 液一汽界面
1．3．3 空化的热效应
1．3．4 一些典型的数量级
1．4 无因次参数
1．4．1 空化数бv
1．4．2 起始空化数бvi
1．4．3 相关压力下空化数бc
1．5 研究空化的历史
参考文献

第2章 气核和空化
2．1 引言
2．1．1 液体的张力
2．1．2 空化核
2．2 核的平衡
2．2．1 平衡条件
2．2．2 核的稳定性与临界压力
2．2．3 低压区内核的发展
2．3 热扩散和物质扩散
2．3．1 气体含量的热性能
2．3．2 气体扩散和核稳定性
2．4 气核群
2．4．1 测量方法
2．4．2 泡空化起始的条件
参考文献

第3章 球泡动力学
3．1 基本方程
3．1．1 引言
3．1．2 假设
3．1．3 边界条件和初始条件
3．1．4 瑞利一普莱斯特方程
3．1．5 用能量守衡解释瑞利一普莱斯特方程
3．2 蒸汽泡的溃灭
3．2．1 假设
3．2．2 界面速度
3．2．3 压力场
3．2．4 表面张力的影响
3．3 气核的爆炸
3．3．1 界面速度
3．3．2 平衡状态(p∞=p∞0)
3．3．3 核增长情况(p∞3．3．4 动态临界值
3．3．5 两种特殊情况的评述
3．4 黏性的影响
3．4．1 泡的线性振荡
3．4．2 黏性对泡爆炸和溃灭的影响
3．5 泡的非线性振荡
3．6 相似分析
3．6．1 瑞利-普莱斯特方程的无因次形式
3．6．2 瑞利-普莱斯特方程的特征时间尺度
3．6．3 瑞利-普莱斯特方程的定性讨论
3．6．4 翼附近瞬态泡的情况
……
第4章 不对称环境中的气泡
第5章 对泡物理学的深化理解
第6章 超空泡
第7章 局部空泡
第8章 二维水翼上的气泡和空泡
第9章 通气超空泡
第10章 涡空化
第11章 剪切空化
第12章 空化剥蚀
人名翻译表
地名翻译表
字符表

前言/序言

　　本书对空化现象进行了详细的介绍。书中的内容聚焦在水动力空化方面，即发生在流动液体中的空化现象，而对在几乎静止的液体中由振荡压力场引起的声学空化没有做太多的阐述。不过，主导水动力空化和声学空化的原理是基本相同的。
　　简单地说，空化是在液体中产生了蒸汽空泡。众所周知，在静止条件下如果压力低于所谓汽化压力，则液体变为蒸汽。在液体流动过程中，相变通常是由于局部区域的高速流动导致低压而发生的。此时，在液体介质中一个或几个点处破碎并出现空穴，其形状与流动结构紧密相关。
　　本书论述了发生在流动液体中所有类型的空化，包括泡空化（在最简单情况下就是球泡）、片空化、超空化和通气超空化、在剪切和漩涡流动中的空化以及其它类型。主要内容涵盖了空化起始，以及在高速水动力学中遇到的充分发展的空化等领域。
　　本书旨在面向面临空化问题的大学毕业生、研究人员和工程师，特别是水力机械和舰船推进等工程领域的研发人员。文中对影响空化的各种因素，如表面张力、质热交换、黏性和边界层、可压缩性、核浓度、湍流等进行了细致的论述，以求解释空化机理。除了阐述这些现象的物理机制，还介绍了多种研究方法，有的是试验手段，有的是仿真计算，相信读者通过学习能应对空化的基本问题。
　　本书源自40多年来在格勒诺布尔大学进行的有关空化领域的研究成果，这些研究工作得到了数家单位和学会的财政支持，特别是法国海军。最初，J.DUDO教授创建空化研究团队主要基于：格勒诺布尔相关公司丰富的水动力学工程经验和有声望的外籍科学家（M.S.PLESSET，M.P.TULIN，B.R.PARKIN.A.J.ACOSTA等学者）的倡议。这些外籍科学家向J.DUDO教授提交了一份详细的科学计划。这类科研院所与工业界紧密联系、相互促进的模式至今仍充满活力。这里要特别感谢来自Y.LECOFFRE先生卓越的贡献，如实验装备设计、创新研究计划的制定等。我们也必须记起A.ROWE博士，他对水动力学的洞察能力和空化流动数值模拟的领先工作使我们受益匪浅。
　　本书由12章组成，每章内容对应一次或者两次讲座，是我们多年课堂教学和学术讲座的结晶。参考目录（在每章结尾）罗列了主要贡献者，囊括了空化研究领域尽可能丰富的文献。

水下世界的奥秘：流体动力学与声学交织的奇幻篇章 在广袤无垠的海洋、奔腾不息的河流，以及无数人工构建的水体工程中，一种看似微小却能引发巨大力量的现象，如同隐藏在水下世界的幽灵，无时无刻不在低语——它便是“空化”。本书并非探究空化这一特定物理现象的百科全书，而是一次深入水下动力学与声学交织的奇幻旅程，旨在揭示那些与空化现象息息相关，但又独立于其发生的精妙原理。我们将从宏观的流体运动规律出发，层层剥茧，触及那些塑造水下世界形态，影响着各类水动力装置性能，并最终决定我们如何理解和利用水体潜能的基础性科学知识。 第一篇：流体运动的灵魂——连续介质力学 理解任何与流体相关的现象，都必须从最根本的层面——连续介质力学——开始。我们将超越日常对水的直观感受，将其视为一个连续的、可变形的整体。在这里，物质的离散性被忽略，取而代之的是一系列描述其运动、变形及应力状态的宏观参数。 物质的连续性与不可压缩性（理想流体模型）：我们首先会介绍流体微元体的概念，以及在足够大的尺度下，流体可以被看作是连续介质的假设。在此基础上，我们将探讨“不可压缩性”这一关键假设，尤其是在低速流动条件下，它如何极大地简化了流体动力学的分析。我们将学习到，即使是水，在某些情况下其密度变化微乎其微，足以让我们将其视为不可压缩流体，这对于理解伯努利原理等基础概念至关重要。这里的重点在于，我们关注的是流体的宏观行为，而非其微观的分子构成。 粘性与边界层理论：然而，真实的流体并非完美无缺的。流体内部的分子间作用力导致了“粘性”，它表现为流体层与层之间的摩擦阻力，并直接影响到流体的能量耗散。我们将深入探讨粘性的本质，以及它如何导致在固体壁面附近形成“边界层”。边界层是流体行为最复杂、最关键的区域之一，它深刻影响着阻力、传热以及流动的稳定性。我们将学习描述粘性流动的纳维-斯托克斯方程，理解其复杂性，并介绍一些简化的模型，如普朗特提出的边界层理论，它将流体动力学问题分解为边界层内的粘性流动和边界层外的无粘流动，极大地推动了工程应用的发展。 流的种类：层流与湍流：流体运动并非总是平稳有序。我们将区分两种截然不同的流动状态：层流（Laminar Flow）和湍流（Turbulent Flow）。层流如同一条平静流淌的河流，流体微元体沿着平滑的路径运动，能量耗散相对较小。而湍流则如同汹涌的洪流，流体内部充满了随机的涡旋和剧烈的混合，能量耗散巨大，且难以精确预测。我们将探讨判断流体状态的关键参数——雷诺数（Reynolds Number），理解它如何衡量惯性力和粘性力的相对大小，并决定了流动状态的转变。湍流的统计学描述及其对能量耗散、混合效率的影响，将是本篇的重点。 伯努利原理与能量守恒：在理想流体（无粘性、不可压缩）的假设下，我们 introduc 伯努利原理。它源自流体能量守恒定律，描述了在稳定流动中，流体的静压能、动能和势能之间的转化关系。我们将详细阐述伯努利方程的推导过程，理解静压、动压和位压的概念，并探讨其在理解飞机机翼升力、文丘里管流量计等经典应用中的重要作用。即使在实际的粘性流体中，伯努利原理在一定程度上仍然是理解流体行为的重要指导。 第二篇：声波的传播与水下的信息传递 当流体运动达到一定程度，或受到外部扰动时，便会产生波动，其中最为普遍和重要的便是声波。本篇将专注于声波在流体介质中的产生、传播及其基本特性，为理解水下声学现象奠定基础。 声波的产生机制：我们将追溯声波产生的根源。无论是机械振动体（如扬声器、发动机叶片）的扰动，还是流体内部的压力变化（即使不是直接的空化），都会在介质中引起压缩和稀疏的传播。我们将解释声波是一种纵波，其能量通过介质的弹性形变传递。 声速的奥秘：介质的性质决定了声波的传播速度。我们将详细讨论影响水下声速的几个关键因素：温度、盐度和压力。理解这些因素如何改变水的密度和弹性模量，进而影响声速的快慢，对于水下声呐探测、通信和水下目标定位至关重要。我们将介绍一些描述声速与环境参数之间关系的经验公式，并探讨其工程应用。 声波的传播特性：反射、折射与衍射：声波在遇到障碍物或介质变化时，会发生一系列有趣的现象。我们将深入探讨声波的反射（回声）、折射（声线弯曲）以及衍射（声波绕过障碍物传播）。这些现象直接影响着声呐探测的有效性和水下通信的信号质量。我们将借助几何声学和物理声学的一些基本概念，来解释这些传播特性的成因，并分析它们在水下环境中的实际表现。 声强度、声压级与能量传递：声波携带能量，并以声压波动的形式表现出来。我们将引入声强度（单位面积上的声功率）和声压级（以分贝为单位的对数尺度）等概念，来量化声波的强弱。理解这些参数如何与声源的功率、介质的阻抗以及传播距离相关联，对于评估水下噪声污染、设计高效的水声设备以及理解声信号的衰减规律至关重要。 第三篇：工程实践中的流体力学与声学交织 流体力学和声学并非孤立的学科，它们在众多工程领域紧密结合，共同影响着装置的设计与性能。本篇将通过一些典型的工程应用，展示这两个领域的知识如何相互印证，并为解决实际工程问题提供思路。 水动力机械的效率与噪声：从船舶推进器到水泵、涡轮机，几乎所有与水流相关的机械装置，其性能都受到流体动力学和声学特性的双重制约。我们将分析不同叶片构型、转速和工作条件如何影响流体的分离、涡流的产生，进而导致能量损失和水动力噪声的产生。理解流场中的涡脱落、湍流边界层振动等现象，对于优化设计、提高效率并降低噪声至关重要。 管道流动的阻力与压力波动：在水力输送系统中，管道的流动特性直接关系到能量消耗和系统稳定性。我们将探讨管径、流速、表面粗糙度以及流体粘性如何共同决定管道的阻力损失。同时，管道内的压力波动，即使并非由空化引起，也可能对系统造成损害，例如引起管道振动、设备损坏等。我们将介绍一些预测和控制管道流动阻力与压力的方法。 水下结构的声学响应与振动：水下结构，如潜艇、水下传感器平台，不仅需要承受巨大的水压，其表面的流体动力作用还会引发振动，从而产生辐射噪声。我们将分析流体作用力如何引起结构的振动，以及这种振动如何向周围水体辐射声波。理解结构与流体的耦合作用，对于降低水下设备的声隐身能力和提高其通信性能具有重要意义。 水下声信号的传播与干扰：在水下通信和探测中，声信号的传播路径受到海底地形、水体分层以及海洋生物等多种因素的影响。我们将探讨声信号的衰减、散射以及多路径传播等问题，这些都会导致信号失真和干扰。理解这些声学传播的复杂性，有助于设计更鲁棒的水下通信系统和更精确的声呐探测算法。 结语 本书所构建的，是一个关于流体运动规律及其与声波传播之间深刻联系的知识体系。它并非聚焦于“空化”这一特定现象的细节，而是从更广泛、更基础的视角，揭示了水下世界之所以如此运作的内在逻辑。通过对连续介质力学、声波传播原理以及两者在工程实践中交织应用的深入探讨，我们希望能为读者提供一个理解水下复杂现象的坚实基础，激发对这个充满活力的领域更深层次的探索与思考。理解这些基础原理，将有助于我们更深入地洞察各种水下动力现象的本质，并为未来更高效、更智能的水下技术发展奠定坚实的理论基石。

评分☆☆☆☆☆

作为一名多年从事工程设计的技术人员，我一直在寻找一本能够系统性地阐述空化现象及其工程应用的专业书籍。我希望《空化基础》能够满足我的期待，提供深入的理论探讨和实用的解决方案。例如，我非常想了解书中是否会详细讲解空化对机械设备，特别是泵、阀门和涡轮机等部件的破坏机理，以及如何通过优化设计参数来抑制或减轻空化腐蚀和振动。对于材料科学在抗空化设计中的作用，我也充满好奇，希望书中能介绍各种耐空化材料的特性和选择依据。此外，我非常关注书中是否会提及先进的空化监测和预测技术，以及在实际工程项目中的应用案例。如果能看到一些关于空化在船舶推进器、水力机械以及超声波清洗等领域的最新研究进展和工程实践，那将是一大惊喜。这本书能否为我提供一些实用的设计指南或计算方法，帮助我在工程实践中规避空化带来的风险，提升设备性能和可靠性，是我衡量其价值的重要标准。

评分☆☆☆☆☆

我对流体力学领域一直抱有浓厚的兴趣，而“空化”这个词，常常在与流体振动、噪声以及材料磨损相关的讨论中出现。我希望《空化基础》这本书能够为我提供一个清晰的理论框架，让我能够更好地理解空化现象的本质。我期待书中能够从流体动力学和热力学的角度，深入剖析空化泡的形成机制，包括 Rayleigh-Plesset 方程的推导过程，以及不同空化模型（如舒尔茨-格林模型）的适用性和局限性。对于空化与噪声、振动之间的关联，我希望能有详细的解释，了解空化溃灭产生的冲击波如何引起这些现象，以及相关的声学和振动分析方法。如果书中能包含一些关于空化现象在不同尺度下的表现，例如微观尺度下空化泡的动力学行为，以及宏观尺度下空化流动的特性，那么这本书的深度和广度将令人印象深刻。我希望这本书能够帮助我建立起对空化现象的完整认知，为我未来的学术研究和技术探索打下坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对前沿科学技术充满好奇的普通读者，我希望《空化基础》这本书能够以一种易于理解且引人入胜的方式，向我介绍“空化”这一有趣且重要的物理现象。我非常期待书中能够通过大量的实例和类比，来阐释空化在各种应用场景下的出现，比如在医学领域，超声波治疗中利用空化效应破碎结石，或者在工业领域，空化诱导的化学反应（空化化学）如何被用于制备纳米材料。我希望书中能够简要介绍空化研究的历史发展，以及在这个领域做出贡献的科学家和他们的重要发现。对于空化在一些新兴技术中的应用，例如空化射流切割技术、利用空化效应进行生物医学治疗等，我更是充满了期待。如果书中能够用相对浅显的语言，解释空化现象背后的基本物理原理，并展望未来的发展趋势，那么这本书将极大地满足我作为一个普通读者对科学的好奇心，并让我对这一领域的巨大潜力有更深的认识。

评分☆☆☆☆☆

一直以来，我对“空化”这个概念都感到既好奇又有些模糊。当我看到《空化基础》这本书时，我期待它能够以一种更加平易近人、生动有趣的方式来解释这个复杂的物理现象。我希望书中能够包含大量生动的图片、示意图，甚至是简单的动画演示，来帮助我理解空化是如何产生的，例如，当水流通过一个狭窄的通道，或者当物体的形状不规则时，流体压力是如何下降到蒸汽压以下，从而形成空化泡的。我特别希望书中能够用通俗的语言解释空化泡的“生长”和“溃灭”这两个关键过程，以及溃灭时产生的微射流和冲击波会对周围的物体造成怎样的影响。如果书中能够介绍一些生活中与空化相关的例子，比如船只螺旋桨、水泵叶轮，甚至是高速运转的搅拌器，并解释空化在这些应用中扮演的角色，那么这本书对我来说将是极具启发性的。我期待这本书能够成为我理解物理世界中一种奇特现象的入门砖。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计简洁明了，虽然我对“空化”这个词并不陌生，但看到“基础”两个字，还是让我产生了浓厚的兴趣。我希望这本书能够以一种非常直观、易于理解的方式，为我揭开空化现象的神秘面纱。我期待的不仅仅是那些抽象的理论公式，更希望能够看到具体的图例和生动的案例分析。想象一下，如果书中能够详细阐述空化是如何在流体中产生的，例如在高速旋转的泵叶片周围，或者在快速移动的船体表面，那么对于我理解这个现象的实际应用将会有巨大的帮助。我尤其关注书中是否会涉及不同类型流体的空化特性差异，以及温度、压力等环境因素对空化过程的影响。如果能够用通俗易懂的语言解释空化过程中产生的微小气泡的形成、生长、溃灭以及由此带来的冲击波等一系列物理过程，那么这本书对我而言将是极具价值的启蒙读物。我希望它能填补我在这一领域知识的空白，让我能够更自信地探讨和研究与空化相关的课题，也希望它能激发我对这个领域更深入的探索欲。