Page 128 - 2025年第56卷第7期

图 １５ 最大温降与汽相体积占比随温度的变化

由于文丘里几何结构，沿流动方向，渐扩段流速逐渐减小，压力逐渐恢复，此流动特性决定了片
状空腔的发展上限，当压力恢复至高于主流温度对应的饱和蒸汽压时，片空化难以维持。片空化尾部
需更大汽化潜热，导致温降并引起局部压力降低。观察图 １６可知，温降导致平均空腔尾部闭合位置
降低，这都表明了热力学效应对空化发展存在抑制作用。
ａｖｅ
ｘ 提前、尾部平均气相体积分数 α ａｖｅ

图 １６ 平均空腔闭合位置与腔体尾部平均汽相体积分数随温度的变化

随着温度升高，热力学效应会增强，同时流体密度、黏度、汽化潜热等物性参数也均有明显变
化。其中，密度与黏度随温度升高而降低，这有利于空腔气液交界面生长。基于压差理论（以远场压

力 ｐ 与饱和蒸汽压 ｐ的压差表示空化发生的难易程度）提出无量纲压力比 ｐ ，即饱和蒸汽压 ｐ?远场
∞ ｖ ｖ
压力 ｐ 。Ｂｒｅｎｎｅｎ ［１８］ 基于 Ｒａｙｌｅｉｇｈ － Ｐｌｅｓｓｅｔ方程，定义了仅取决于流体温度和液体物性的热参数 Σ ：
∞
２ ２ ２
Ｃ Ｔ
α ｌ
Σ ＝ ρ ｖ Ｌ?（ ρ ｌ ｐ，ｌ ∞ 槡 ） （７）
为液体热扩散率。
式中：Ｔ 为自由流温度；α ｌ
∞
为考虑空化 诱 发 结 构 不 同，如 水 翼 和 文 丘 里 管，引 入 结 构 参 数 和 流 速 参 数 进 行 无 量 纲 化，如
Ｆｒａｎｃ提出了 Σ  ［２０］ ：

３?２
Σ ＝ Σ Ｈ ?ｖ （８）
槡
ｔｈ
ｔｈ
式中 Ｈ 为文丘里喉部高度。
ｔｈ


图 １７（ａ）为 Ｒｅ与 Σ 随温度的变化，可发现随着温度升高，Ｒｅ与 Σ 均呈现单增趋势（灰色虚线箭


头表示），Ｒｅ增长率为 １０２％，Σ 增长率为 ３８１１％，只看增长率则 Σ 增长幅度更大，但仅对比促进的


Ｒｅ与抑制的 Σ 是不足以解释空化流动中的动态过程。因此，在图 １７（ｂ）中对比了不同空化条件下 ｐ
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