③超空化  随着压力的继续降低，空化发展会超出绕流体的范围，形成一个包围着绕流体的大空腔，即超空化。

1.2.3 空化现象的影响

  （1）在过流部件表面形成空蚀  当空气进入压力较低的区域时，就开始发育成长为较大的空泡，然后气泡被流体带到压力高于临界值的区域，空化生存条件消失，空泡就会溃灭。空泡溃灭时间极短，在空泡溃灭过程中伴随着机械、电化、热力、化学等过程的作用，引起过流表面的材料损坏。

  （2）降低水轮机的效率  空化的发生使液相流体的连续性发生破坏，变为含气的二相流或多相流（同时含气和含砂）。当空化、空蚀发展到破坏正常水流流动的程度时，能量损失会急剧增加，效率和出力大幅度降低。

  （3）产生振动及噪声  空泡溃灭时会产生空化噪音。尤其是原型工程的噪音会形成噪音污染，严重危害人们的身心健康。而当水轮机在空化、空蚀状态下运行时，其过流部件容易发生低频率大幅度的压力脉动，甚至形成对机组和厂房有危险的振动。

（4）超声波空化  超声波的广泛的运用于各个领域就是应用了其空化作用以及其空化伴随着机械效应、热效应、化学效应、生物效应等等。超声波空化作用是指存在于液体中的微气核空化泡在声波的作用下振动，当声压达到一定值时发生的生长和崩溃的动力学过程。利用机械效应的过程包括吸附、结晶、电化学、非均相化学反应、过滤以及超声清洗等，利用化学效应的过程主要包括有机物降解、高分子化学反应以及其他自由基反应。

2 空化水洞总体设计

2.1  空化水洞基本参数的确定

 反映水洞规模的技术指标为工作段的流速v，断面积A，雷诺数Re以及功率P。由流体力学可知，雷诺数：

                                      (2.1.1)

式中  d——管道直径，m；

      v——液流流速，m/s；

       ——水的运动粘滞系数，m2/s。

其他各处流速可根据工作段流速以及连续性方程[6] ：

                                       （2.1.2）

式中A1和A2表示两个有效截面，表示 和 分别表示两个截面上的平均流速。

2.2  空化水洞水头损失计算

  工程实际中的流体都有黏性。黏性流体流经固体壁面时，接触壁面的流体质点速度为零，沿壁面的法线方向，质点速度逐渐增大，存在一个速度变化的区域。流动的黏性流体内部存在速度梯度时，相邻的流层要产生相对运动，从而产生切应力，形成阻力，消耗流体的机械能，并不可逆的转化为热能产生损失[6]。

   单位重量液体的能量损失称为水头损失，以符号hw表示。水头损失的正确计算。在工程上是一个极为重要的问题。它的数值大小直接关系到动力设备容量的确定。容量过大造成浪费，过小则满足不了生产要求[5]。

黏性液体在管道内流动时产生以下两种损失：

(1) 沿程水头损失

沿程损失是发生在缓变流整个流程中的能量损失，是由流体的粘滞力造成的损失。单位重量液体克服沿程阻力而损失的水头称为沿程水头损失，用hf表示。其大小和流体的流动状态及管道壁面的粗糙度有关。

(2) 局部水头损失

局部损失发生在流动状态急剧变化的急变流中。流体流过管路中一些局部件（如阀门、弯管等）时，流线变形、方向变化、速度重新分布，还有漩涡的产生等因素，使得流体质点间产生剧烈的能量变换而产生损失。单位重量液体克服局部阻力所损失的水头称为局部水头损失。用hj表示。