在既往的空化流动问题中，研究介质通常是常温水体，而常温水体的汽化潜热大、比热容小，因此常常忽略热力学效应的影响。随着高新技术和新兴领域的发展，我们所面临的空化流动问题的工作介质与工作温度不再局限于常温水介质。图6-1给出了包括常见低温介质、氟化物制冷剂和水的热力学参数C、名义温降ΔT*随温度变化曲线。这两项参数完全由介质的物质属性决定，能够用于表征流体介质的热力学效应。数值越高则空化热力学效应越显著。由图可以看出，除了超低温下的液氧（低于70 K），常见低温介质在整个温区内的热力学效应均十分显著。常温下，氟化物制冷剂的热力学效应也远远强于水体。这是由介质本身物质属性决定的。

随着高新技术和新兴领域的发展，水力机械的工作介质和工作温度已不仅仅局限于常温水体。在航天领域，作为液体火箭发动机核心部件的涡轮泵是以液氢或液氧等低温流体作为流动介质的。空化条件一直是涡轮泵研制的主要限制条件之一。当空化发生后涡轮泵的负荷将急剧减小，并引起剧烈的振动，引起涡轮泵转子系统的破坏，导致火箭的POGO现象发生。尤其是涡轮泵在低温、高压、高转速等复杂环境下运转，涡轮泵的空化及空化所引起的复杂流体动力一直是火箭推进领域的关键问题。美国研制的所有涡轮泵均存在空化问题，包括新研制的ATP涡轮泵、Fastrac液氧泵和RS-68商用法定假涡轮泵。在火力和核电回路中，空化将在300 ℃的水体中发生。在绿色新能源领域，从20世纪70年代石油危机以来，国际上进行了大量新型清洁汽车燃料的研究，液化天然气（LNG）车辆因为其良好的排放特性和丰富的天然气储量，成为各种代用燃料汽车的首选，尤其是针对当前的雾霾天气，大力发展液化天然气车辆已越来越受到中央和地方政府的重视。为了发展这种绿色新能源车辆，需要建设液化天然气的接收终端（港口）和加注端（加油站），大量的潜液泵将应用在液化天然气的接收、储存、转运和加注的工艺流程中。液化天然气在常压下的沸点为-163℃，潜液泵是以低温液化天然气作为工作介质的。潜液泵除了要满足在易燃、易爆和低温环境下工作外，还要能够保证抽送的低温介质不发生空化。在极具前景的超导领域，水力机械将以低温流体Hel和Hell为工作介质，其空化问题也已经得到了相关研究者的关注。

图6-1　热力学参数C、名义温降ΔT*随温度变化曲线（包括低温介质、制冷剂和水）(www.daowen.com)

（a）热力学参数C；（b）温降

与常温水体不同，在这些领域中水力机械将在热力学敏感介质中工作。由于流动介质的物理特性和工作温度的变化，基于水动力学不考虑热力学过程的空化理论和方法，已远远不能满足高技术和新兴领域对于水力机械空化问题的需求。需要根据流动介质特性和特殊的工作温度研究空化的形成和发展机理，建立空化热流动理论和预测方法。

从基于相似理论的温度尺度效应分析，到基于质量传输方程和能量方程的数值计算，空化热力学效应研究，已从简单的温度效应修正到考虑质量传输过程的预测分析，空化热流体动力学的理论框架已初步建立。然而，由于缺乏基于热流体力学框架内的流动机理和规律的理解和掌握，现有的理论和预测模型还不能满足新兴领域的需求，现有的结果和传统理论也出现了冲突，亟须开展相关的实验和理论研究工作。