空化

液體內局部壓力降低時，液體內部或液固交界面上蒸氣或氣體的空穴（空泡）的形成、發展和潰滅的過程。1873年O.雷諾從理論上預言，船槳和水之間的高速相對運動會產生影響船槳性能的真空腔。1897年S.W.巴納比和C.A.帕森斯在“果敢號”魚雷艇和幾艘蒸汽機船相繼發生推進器效率嚴重下降事件以後，提出了“空化”的概念，並指出在液體和物體間存在高速相對運動的場合就可能出現空化。第二次世界大戰后，有關空化研究的國際學術活動相當頻繁。國際船模試驗池協會（ITTC）、國際水力學研究協會(IAHR)和船舶水動力學協會都把空化研究列為重要議題；此外，還經常舉辦空化專題討論會。

船用螺旋槳、舵、水翼、水中兵器、水泵、水輪機、高速涵洞、閘門槽、液體火箭泵、柴油機氣缸套等都會遇到空化問題，造成效率降低，材料剝蝕，併產生振動和雜訊。但是，在進行流態顯示、水力鑽孔和工業清洗作業中，空化並不完全是有害的，而在化學工程、醫藥工程、空間工程和核工程方面還是有應用價值的。

研究空化的主要實驗設備是空化水洞，除此以外還有減壓箱、真空拖曳水池、文丘里空化發生器、磁致伸縮儀、轉盤空蝕裝置、空化射流槍、單氣泡空化發生器等。有關空化的基礎研究包括空化機理、空蝕、空泡流理論、空化雜訊和不定常空化等課題。應用光、聲也能使液體發生空泡，近年來有人用這種方法研究氣泡的運動。

空化狀態

液體中的固體同液體作相對運動時，固體周圍的液體內部或液固交界面上的空化狀態按照運動的速度，可分成亞空化、臨界空化、局部空化和超空化四種。亞空化狀態是在液體內部或液固交界面上沒有空泡的狀態；臨界空化狀態是在液固交界面上開始出現空泡的狀態；局部空化狀態是在固體局部邊界面上和鄰近液體內部出現空泡的狀態；超空化狀態是在固體整個邊界面上和靠近固體尾端的液體中都出現空泡的狀態。

空化數

描述空化狀態的無量綱參數。空化數σ 的表達式為：

式中p∞和V∞分別為液體的來流壓力和流速；ρ為液體密度；pV為液體在環境溫度下的飽和蒸氣壓。臨界空化狀態可以通過減壓或增速把無空化狀態的空化數降低到起始空化數σi，也可以通過增壓或減速把局部空化狀態的空化數升高到消滅空化數σd而得到。σi和σd一般是不相等的，這種現象稱為空化時滯。在各種空化狀態下，即使空化數不變，每個空泡在流場中也都有各自的形成、發展和潰滅的過程。

空化機理

指空泡形成、發展和潰滅過程的物理本質。影響上述過程的主要因素有：液體本身的特性（表面張力、抗拉強度、溫度、總空氣含量、自由氣體濃度、核譜即空化核的大小和尺度分佈、粘性、壓縮性、密度、飽和蒸氣壓等），液體的流體動力特性（湍流度、流場中的壓力梯度、壓力隨時間的變化過程、熱傳導、氣體擴散效應等）和沉浸物體表面的物化特性（表面浸潤性、多孔性、粗糙度等）。其中空化核的存在是液體空化的先決條件；壓力場的作用是液體空化的外部原因，壓力幅值和施加時間決定液體空化狀態。工程上常用流場中最低壓力係數來預測起始空化數σi，空化起始的經典相似律就是σi=-。但是，偏離經典相似律的情況是常見的，而且在相同的空化數值下，原型與模型的空化狀態也往往不同，這就是所謂的空化的尺度效應。

空化類型

空化有各種不同的分類法。按動力特性可分為：游移型空化、固定型空化、旋渦型空化和振動型空化；按外貌特徵可分為：泡狀空化、片狀空化、斑狀空化、條紋狀空化、團狀空化、霧狀空化、梢渦空化和轂渦空化等(見彩圖）；按發展階段可分為：臨界空化、局部空化和超空化等。

參考書目

R.T.柯乃普等著，水利水電科學研究院譯：《空化與空蝕》，水利出版社，北京，1981。（R.T.Knapp,J.W.Daily and　F.G. Hammitt, Cavitation, McGraw-Hill,New York,1970.）

F. G. Hammitt,Cavitation and　Multiphase FlowPhenomena,McGraw-Hill,New York,1980.