(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111622383.2 (22)申请日 2021.12.28 (71)申请人 长江勘测规划设计 研究有限责任公 司 地址 430010 湖北省武汉市解 放大道186 3 号 (72)发明人 董宗师　蔡芳　熊堃　贺牧侠　 李麒　 (74)专利代理 机构 武汉开元知识产权代理有限 公司 42104 专利代理师 周俊　陈家安 (51)Int.Cl. G06F 30/28(2020.01) G06Q 10/06(2012.01) G06Q 50/06(2012.01)G06F 113/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 一种考虑时间效应的空化潜力计算方法及 应用 (57)摘要 本发明提供一种考虑时间效应的空化潜力 计算方法及其在工程仿真、 工程监测中的应用， 该计算方法从空化产生的机理出发， 将重点放在 水流局部的压强上， 物理意义非常明确； 该计算 方法考虑了压强随时间波动变化的影 响， 即考虑 了时间效应； 对不同的水工结构标准一致， 无需 通过试验测定不同水工结构的临界空化数； 并 且， 该计算方法能够方便地在工程仿真、 减压水 工模型和工程 监测中应用。 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 CN 114444408 A 2022.05.06 CN 114444408 A 1.一种考虑时间效应的空化潜力计算方法， 其特征在于， 所述计算方法采用如下公式 计算水流的空化潜力： 上式中， τ为水流的空化潜力， t0为开始监测的时间， T 为监测时长， dt为时间步长， P为水 流内某点相对于当地 大气压的压强， P0为大气压强， Pv为当地温度和水质条件下的饱和蒸汽 压强； 式中， P0主要和海拔有关， Pv主要和温度有关。 2.一种如权利要求1所述的考虑时间效应的空化潜力计算方法在工程仿真、 工程监测 中的应用。 3.根据权利要求2所述的应用， 其特征在于， 所述计算方法在工程仿真中的应用方法如 下： 1)通过公式计算或实地测量得到P0和Pv的值； 2)修改程序代码， 在既有的时间步循环 代码末尾增加如下功能的代码： 2.1)判断是否需要计算空化潜力， 即当前时间t是否满足t0<t<t0+T， 若满足， 执行2.2； 若不满足， 进入下一个时间步； 2.2)计算dτ＝ ‑min(0,P+P0‑Pv)dt， 其中P取为当前时间步开始和结束 时压强值的平均 值， dt为当前的时间步长； 2.3)将当前时间步上的dτ累加到上一个时间步的τ 上， 即τ ＝( τ(tn‑t0)+dτ )/(tn+1‑t0)； 2.4)判断是否需要将τ场存储到文件， 如需要， 写入τ场， 如不需要， 在内存中暂存τ场， 进入下一时间步； 3)在后处 理程序中读取τ场数据， 并进行分析。 4.根据权利要求2所述的应用， 其特征在于， 所述计算方法在工程监测中的应用方法如 下： 1)在需要测量的位置安装压强传感器； 2)通过公式计算或实地测量得到P0和Pv的值； 3)在泄水时开启监测系统， 高频测量压强序列； 4)剔除明显无效的压强数据， 得到有效数据 序列， 其个数设为 N； 5)对这N个数据进行排序， 挑选出小于P0‑Pv的n个值； 6)对n个P值进行求和得到 再按下式计算空化潜力： 权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114444408 A 2一种考虑时间效应的空化 潜力计算方 法及应用 技术领域 [0001]本发明涉及水利水电工程设计及运行监测技术领域， 具体涉及 一种考虑时间效应 的空化潜力计算方法及应用。 背景技术 [0002]在水利水电工程中， 空化空蚀是一种较为常见但需极力避免和控制的现象。 空化 是指在运动的水流中当局部压强低于饱和蒸汽压强时水体内产生空泡的现象， 当这些 空泡 随水流运动到高压区时会在瞬间溃灭， 形成微射流冲击波， 并产生Gp a(109Pa)量级的冲击 压强， 这一巨大的冲击压强会在结构(金属、 混凝土等)表面产生剥蚀破坏， 即为空蚀。 从热 力学的角度来说， 运动水流发生空化的充分条件是水体内局部压强低于饱和蒸汽压强， 饱 和蒸汽压强几乎只和温度有关， 在20℃时约为245 0Pa。 [0003]当前， 在工程设计和运行管理中， 多采用空化数这一参数来衡量流道中发生空化 空蚀破坏的可能性(或称潜力)。 在一定的温度下， 空化数与水流内压强和流速相关， 其表达 式为： [0004] [0005]其中， P为水流内某点相对于当地大气压的压强， P0为(绝对)大气压强， Pv为当地温 度和水质条件下的饱和蒸汽压强(也称作 空化压强)， ρ 为水 的密度， 一般取1000kg/m3， V为 水流流速。 可以发现， 在上式中， 在测量环境(温度、 大气压和水质)一定的情况下P0、 Pv和ρ 均 为常数， 所以空化数的值仅与水流内的压强P和流速V相关。 [0006]然而， 在工程监测中使用上述空化数公式和方法来监测评估水流的空化潜力存在 以下不足： [0007](1)式中包含了压 强P和流速V和两个参数， 但从物理意义上来说， 空化的产生只和 压强有关， 流速V的作用实际上表现为： 越高流速的水流在遇到过流面不平整时越容易产生 低压和空化， 但这 其实也可以从压强的监测出反映出来； [0008](2)式中所需的压强P和流速V均为时均参数， 无法准确考虑不同的压强P和流速V 所持续的时间对空化潜力的影响； [0009](3)对于不同的水工结构， 避免其产生空蚀破坏的最小空化数(即临界空化数)均 不同， 这往往需要 试验确定， 对于复杂的或者新型的结构， 则难以预先估计其临界空化数的 值。 [0010](4)在工程监测中， 压 强传感器和流速传感器无法布置于同一测点， 无法准确计算 空化数。 [0011]可见， 上述不足限制了在水力学仿真和监测中对水流的空化潜力进行有效估计。 发明内容 [0012]为了解决上述问题， 本发明提出了一种考虑时间效应的空化潜力计算方法及应说　明　书 1/4 页 3 CN 114444408 A 3