Khí hóa là hiện tượng xảy ra trong chất lỏng khi áp lực trong đó giảm đến một giới hạn làm mất đi tính toàn khối của chất lỏng đó. Sự bắt đầu của khí hóa được đặc trưng bởi việc xuất hiện các bọt li ti chứa đầy khí và hơi của chất lỏng đang xét. Đây chính là hiện tượng sôi của chất lỏng ở nhiệt độ bình thường khi áp suất trong đó giảm đến giới hạn. Khí hóa tiếp tục phát triển, các bọt hơi hình thành tập trung trong một phạm vi nhất định gọi là đuốc khí (Hình 2.1) với chiều dài đặc trưng Ld.
Hình 2.1: Sự hình thành đuốc khí
a) Khi chảy bao quanh bậc lồi; b) Khi chảy bao quanh hình trụ
Như vậy điều kiện để có khí hóa trong chất lỏng là:
p ≤ ppg (2-1)
Trong đó:
− p: áp suất tuyệt đối tại điểm xét.
− ppg: trị số áp suất tuyệt đối giới hạn (hay còn gọi là áp suất phân giới) mà ứng với nó chất lỏng bắt đầu hóa khí. Trị số ppg phụ thuộc vào loại chất lỏng và nhiệt độ môi trường.
Đối với công trình thủy lợi, chất lỏng được xét là nước, hơi xuất hiện dưới dạng các bong bóng là hơi nước, áp suất phân giới chính là áp suất hóa hơi của nước. Vì vậy sau đây chỉ trình bày các vấn đề có liên quan đến khí hóa và khí thực trong môi trường nước.
d Lđ Zm
Khi xét khí hóa và khí thực trên các công trình thủy lợi, thường dùng đơn vị cột nước để đo áp lực: γ p H = (2-2)
Trong đó: γ – dung trọng của nước.
Trị số cột nước (toàn phần) phân giới Hpg của nước thay đổi theo nhiệt độ sau: Bảng 2-1: Biến đổi của cột nước áp lực phân giới theo nhiệt độ
Nhiệt độ ( 0C ) 5 10 15 20 25 30 40
Hpg(m) 0,09 0,13 0,17 0,24 0,32 0,44 0,75
Điều kiện khí hóa (2-1) tương đương với:
H ≤ Hpg (2-3)
Với H là cột nước áp lực toàn phần tại điểm xét:
H = Ha + hd (2-4)
Trong đó:
− Ha: cột nước áp lực khí trời phụ thuộc vào cao độ điểm xét theo (Bảng 2-2) − hd: cột nước áp lực dư
Khi tại điểm xét có chân không (áp lực tuyệt đối nhỏ hơn áp lực khí trời) thì cột nước áp lực dư có trị số âm. Ta gọi hCK = - hd là cột nước chân không tại điểm đó.
Bảng 2-2: Biến đổi của cột nước áp lực khí trời theo độ cao
Độ cao
(m) (m) Ha Độ(m) cao (m) Ha Độ(m) cao (m) Ha Độ(m) cao (m) Ha
0 10,33 400 9,84 800 9,38 1500 8,64
100 10,23 500 9,74 900 9,28 2000 8,14 200 10,09 600 9,62 1000 9,18 2500 7,70 300 9,98 700 9,52 1200 8,95 3000 7,37