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验是研究该问题的重要手段。本文介绍了微通道内非定常水力空化可视化实验，并提出动态流场的图
像识别方法，研究了微尺度条件下初生空化至脱落云空化的发展演变过程，阐述空化流动特性随时间
的分布规律。同时，提出无量纲参数，以定量评价热力学效应。研究工作可为揭示非定常空化机理及
热力学效应作用机制提供一定参考。

２ 研究方法

２．１ 实验系统 自主设计建设了一套非定常空化流动可视化实验平台，可有效观测多种温度、微小通
道内的非定常空化演化过程。如图 １所示，恒流泵从水箱中抽取设定流量的常温水，水流经电加热预
热至特定温度后进入实验段，并发生空化现象，非定常空化演化过程由高速摄影机记录。高温水经冷
凝器冷却后流回水箱，形成一次循环。采用背压阀来调节实验回路中的流场压力，采用压力传感器测
量文丘里管进口处及喉部压力，采用质量流量计测量水的质量流量，采用铠装热电偶测量主流体温
度。实验工况如表 １所列。
本实验于海拔 ４００ｍ和 １０３ｋＰａ的环境压力下进行，选用去离子水为工质。在开展正式实验前于
系统回路中通水，并调节背压阀检查压力变送器状态，压力变送计采集频率为 ２０ｋＨｚ，测量精度（线
性＋ 重复性＋ 迟滞）为±０．１％ＦＳ。

图 １ 实验系统示意

表 １ 实验工况
实验工况 体积流量 Ｑ?（Ｌ?ｍｉｎ） 喉部流速 ｖ ｔｈ ?（ｍ?ｓ） 温度 Ｔ?℃ 空化数 σ
１ ４．０ １６．７ ２５～６５ １．７１２
２ ４．５ １８．８ ２５～６５ １．４５７
３ ５．５ ２３．０ ２５～６５ １．１２６

采用有机玻璃加工文丘里实验装置，其几何结构的设计和制造考虑了入口角度、喉部直径与喉部
长度比以及出口角度等因素 ［１０］ 。文丘里结构的详细尺寸如图 ２所示。其收敛角和渐扩角分别为 ２１°和
８°，喉部高度为 ２ｍｍ，入口处高度为 ５ｍｍ，流道宽度为 ２ｍｍ。实验段加工误差为 ０．１ｍｍ，并且按国
家标准精抛光，表面粗糙度 Ｒａ为 ０．０１μ ｍ。

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