空泡效应是一种物理现象,当物体在水中的运动速度超过50米/秒时,钝头航行器或安装在头部的气体注入系统就可能产生低密度气穴。空泡长度与物体的运动速度有关,物体能够在自己产生的长气泡内部,以最小的阻力飞速前进。其主要的应用成果为高速鱼雷。
什么是空泡效应
空泡(Cavity)是在液体介质遭到连续性破坏的基础上出现的,是压力降低的结果。或者说,当液体内某点压力降低到某个临界压力以下时,液体发生汽化,先是微观的,然后成为宏观的小气泡,尔后在液体内部或液体与固体的交界面上,汇合形成较大的蒸汽与气体的空腔,称为空泡。
空泡的产生、发展与溃灭过程称为空化现象(CavitationPhenomenon)。液体中存在气核(微小气泡)和压力降低是空化发生的两个必要条件。
沸水堆讲的是什么?
从反应堆内部的过程来看,沸水堆最大的特点就是在堆芯内出现了蒸汽。这些夹在水流中的小汽泡,对链式核反应究竟会产生什么影响呢?这是首先必须解决的问题。
沸水堆与压水堆相似,也用普通水作为冷却剂和慢化剂。当堆芯中一部分水被汽泡所代替时,堆芯内的慢化剂减少了,因此会使反应性有所下降。然而另一方面,普通水在堆芯内会吸收掉一些中子。当它被汽泡排挤出堆芯时,中子的损失减少了,因此又可使反应性有所提高。汽泡对反应性的这种正负两方面的影响,叫做“空泡效应”。在沸水堆的设计中,要尽量使空泡效应为负值,即当堆芯内含汽量增多时反应性下降,使功率的增长能自动地受到抑制。这种“自稳”的能力,可以增加反应堆运行的安全性。
堆芯内的大量汽泡不仅产生空泡效应,它们还处于不断的变化和运动之中。汽泡在堆芯内不断地产生出来,并与水一起流动,这个过程是非常复杂的。人们曾担心,混乱的沸腾过程和汽水流动中的不稳定现象,会不会造成反应堆失控?经过对汽水流动的深入研究,专家们发现汽泡并不像原来想象的那样不可捉摸,对它们的运动规律可进行定量计算,从而能防止汽水流动进入不稳定的状态。因此,可以允许堆芯内出现沸腾现象,沸水堆的运行是可靠的。
最早致力于沸水堆研究工作的是美国通用电气公司。1957年10月24日,第一座沸水堆核电站——瓦莱雪脱斯核电站,在美国加利福尼亚州投入运行。其发电功率为5000千瓦。它实际上是一个试验装置,为建造大型的沸水堆核电站提供经验。
1960年8月,在芝加哥西南80千米处建成了当时世界上功率最大的核电站——德累斯顿沸水堆核电站,其电功率为18万千瓦。它以十分优异的运行记录,不仅确立了这种堆型在核电事业中的地位,而且立即吸引了国外市场。一时之间,意大利、联邦德国、荷兰、印度、日本、西班牙、瑞士、瑞典等国家纷纷提出订货,沸水堆一时名声大振,红得发紫,并迅速地向更大的功率挺进。1969年,牡蛎湾核电站的功率达67万千瓦;1973年,勃朗斯·费莱核电站的功率已达106.5万千瓦,与当今大型压水堆的单堆功率不相上下。
沸水堆由包容堆芯的钢制容器及与其相连的许多辅助系统所组成。水由下向上通过堆芯,然后在堆芯外围与钢容器内壁间的环形腔内下降,不断地进行再循环。堆芯中产生的蒸汽,与再循环水分离后,在容器顶部进行干燥,那里设有高效率的汽水分离装置。在环形腔内,还布置有好多个喷射器,它们的作用是提高冷却剂再循环的能力。喷射器的动力来自两台离心泵,它们从容器中吸取三分之一的堆芯流量,然后以更高的压力使它流过喷射器的喷嘴。喷嘴出口的高速水流带动环腔内的水流,一起进入堆芯进行再循环。现代沸水堆的核燃料,采用低浓二氧化铀,铀-235的浓度约为2%。燃料在高温高压下烧结成芯块,芯块放在锆合金管内组成燃料棒。很多根燃料棒按6×6、7×7或8×8排列成正方形的燃料组件。很多个燃料组件放在一起成为堆芯。这种构造和压水堆有很多相似之处,所不同的是沸水堆燃料元件之间的间距较大,可使汽水混合物流动畅通。
沸水堆的控制棒用碳化硼制成,具有十字形的断面。由于反应堆顶部已被汽水分离装置占有,因此,十字形断面的控制棒,都由容器的底部自下而上,插到四个燃料组件之间的间隙中,这也是区分压水堆和沸水堆的标志之一。调整插入的深度,即可控制堆芯的反应性,从而调整反应堆的功率。除了利用控制棒以外,沸水堆还可依靠改变堆芯内冷却剂的流动速度来控制反应性。流动速度的变化,可引起堆芯含汽量的变化,用这种方法可使反应堆的运行功率改变25%左右。
沸水堆运行时的最大特点,是蒸汽中含有放射性。当冷却剂流过堆芯时,水分子中的元素氧-16,吸收中子后会放出质子而转变成氮-16。氮-16的半衰期只有7.35秒,在衰变时放出高能的γ射线,因此具有很强的放射性。这个现象在压水堆核电站中也存在,但氮-16只限于在一回路内循环流动。而在沸水堆核电站中,它随着蒸汽进入汽轮机装置的汽水回路,得采取措施,把汽水回路屏蔽起来,还要对所有可能从汽水系统排出的蒸汽,加以凝结和回收。
目前已运行的核电站中,沸水堆的数量仅次于压水堆,占第二位。它在热效率、单堆功率、运行的安全可靠性方面,都与压水堆不相上下。在各种堆型的剧烈竞争中,它显然是向压水堆冠军地位挑战的最强劲的对手。
飞机螺旋桨会产生类似于轮船螺旋桨的空泡效应么?解释清楚点哈谢谢了各位大虾
空泡效应只会在液体中出现
这属于流体动力学的问题。简单地说,当螺旋桨转动时,由于桨叶要划动水流排向后方,因此,桨叶的吸水方向的水流压力要小于排水方向的水流压力,而且桨叶转速越高,吸水方向的水压力就越小。而当桨叶转速增加到某一数值,桨叶吸水方向水流压力降到海水的饱和蒸汽压力时,一部分海水就要汽化成为水蒸气,并在桨叶的吸水面上出现汽泡溢出,这就是空泡效应。螺旋桨的转数越高,空泡效应就越严重。舰艇的空泡效应不仅会使水流发生畸变,使桨叶产生空转,从而降低桨叶的推进效能,还可能导致强冲击波的出现,并引起桨叶表层的腐蚀。而对于潜艇而言,更为严重的是大量空泡的产生,使航行中的潜艇像拖着一条大尾巴(专业名称叫做尾迹),并产生非常大的空泡噪声,很容易暴露潜艇的位置。
各国为了在保证推进功率的前提下尽量消除潜艇尾迹,避免因潜艇螺旋桨产生空泡效应而暴露潜艇位置,通常采取的方法就是采用多叶的大叶低转数螺旋桨。早期的潜艇多数采用五叶低转数螺旋桨,而近年来发展的新型潜艇许多采用的是七叶大侧斜螺旋桨,不仅可以降低空泡效应消除潜艇尾迹,还能够降低空泡噪声,减轻被敌方声纳探测系统发现的可能。
飞机螺旋桨不会产生空泡 但可能形成范围较小的真空
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