ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Кавитация, ее типы и проявления Первоначальные сведения о кавитации из "Кавитация " Трудно дать четкое определение кавитации, которое содержало бы исчерпывающую информацию об этом процессе. Вместо этого приведем краткое описание ее основных характеристик и сопровождающих ее физических эффектов. [c.13] Нагревая жидкость при постоянном давлении или понижая давление при постоянной температуре статическим способом или динамическим способом, т. е. в процессе движения жидкости, можно в конце концов достичь такого состояния, при котором в жидкости становятся видимыми и начинают расти паровые, газовые или парогазовые пузырьки, или каверны. Пузырек может расти с умеренной скоростью, если процесс роста определяется диффузией растворенных газов в пузырек или просто расширением содержащегося в нем газа при повышении температуры жидкости или понижении давления в ней. Рост пузырька будет взрывоподобным , если он обусловлен главным образом испарением окружающей жидкости в этот пузырек. Рост пузырька, вызванный повышением температуры жидкости, называется кипением, а если этот процесс обусловлен динамическим понижением давления, происходящим по существу при постоянной температуре, то он называется кавитацией. Рост пузырька вследствие диффузии в него газа при динамическом понижении давления называется дегазацией. Иногда этот процесс также называют газовой кавитацией (в отличие от паровой кавитации). [c.13] В этой работе в основном рассматриваются явления, связанные с динамическими изменениями давления в гидродинамических и акустических полях. Более того, будет рассмотрено повышение и понижение давления в этих случаях, поскольку, если в процессе роста пузырька на него будет действовать возрастающее давление, то его рост сначала прекратится, а затем начнется сжатие пузырька. Пузырек схлопнется и, вероятно. [c.13] Приведенное выше описание цикла образования и схлопывания паровой каверны служит основой для объяснения кавитации, и во многих случаях это явление полностью соответствует простому циклу возникновения и схлопывания мелких пузырьков. На более поздних стадиях, следующих за начальной, кавитация гидродинамического происхождения может стать более сложным явлением. Однако все сделанные выше общие выводы остаются справедливыми. [c.15] В приведенном описании кипение, паровая и газовая кавитация считаются родственными явлениями, хотя и не одинаковыми во всех отношениях. Другое сходное явление представляет собой большая квазистационарная каверна, которая поддерживается благодаря так называемому вентиляционному эффекту. Это важное явление наблюдается при некоторых условиях, когда непрерывный поток газа всасывается естественным путем пли принудительно подается в область низкого давления за телом, возникающую вследствие гидродинамических эффектов. Большие вентилируемые каверны имеют много общих свойств с паровыми кавернами на некоторых промежуточных стадиях их развития, за исключением концевых областей вентилируемых каверн, из которых газ уносится без конденсации вследствие перемешивания с жидкостью. [c.15] Хотя установлено, что существует несколько различных типов кавитации, визуально все они одинаковы и напоминают размытое облако пены (фиг. 1.1). На приведенной фотографии отчетливо видна зона кавитации на носовой части тела вращения простейшей формы, установленного в рабочей части гидродинамической трубы. Собственно кавитация наблюдается редко, так как она обычно происходит в закрытых непрозрачных каналах. Поэтому более известны проявления кавитации, а не ее внешний вид. Кавитационная зона кажется размытой при визуальном наблюдении или несколько расфокусированной на обычной фотографии, поскольку кавитация по существу представляет собой высокоскоростное явление, в котором движение происходит настолько быстро, что его подробности не улавливаются глазом и не фиксируются с достаточной резкостью при выдержках обычных фотокамер. [c.15] Выдержка /гь с скорость У= 2 м/с число кавитации / ==0,55. [c.16] На фиг. 1.2 представлена фотография аналогичной зоны кавитации, полученная с помощью электронного импульсного источника света. Эффективная выдержка равна 1 мкс. Вид кавитационной зоны настолько изменился, что трудно представить фотографии, приведенные на фиг. 1.1 и 1.2, изображениями одного и того же явления. [c.16] Выдержка 10- с скорость У= 2 м/с число кавитации / —0.55. [c.16] Каверны, образующиеся периодически, расположены вблизи тела, но не на его поверх-НОСТИ. Число кавитации /С=0,б9. [c.17] Присоединенная каверна окружает кольцом носовую часть. Число кавитации К=0,62. [c.18] Следует также отметить два различных состояния, которые в определенных условиях свойственны некоторым из перечисленных типов кавитации — нестационарное и квазистацио-нарное. [c.19] Приведенные выше термины выбраны произвольно, так как в литературе по кавитации пока нет единой терминологии. Одна из причин такого положения—некоторая разобщенность исследователей, работающих в этой области. Исследователи пользовались различными методами наблюдения кавитации и проводили эксперименты в сильно отличающихся условиях. В результате возникли разные названия одного и того же типа кавитации. Термины, использованные в этой работе, выбраны авторами на основании собственного многолетнего опыта. Как будет видно из приведенных ниже определений и описаний, авторы стремились в каждом термине отразить отличительную особенность кавитации конкретного типа. [c.19] Перемещающаяся кавитация представляет собой тип кавитации, при которой в жидкости образуются отдельные нестационарные каверны или пузырьки, движущиеся вместе с ней, одновременно расширяясь, сокращаясь и затем схлопываясь. Такие перемещающиеся нестационарные пузырьки могут возникать в точках низкого давления на твердой границе и в объеме жидкости либо в ядре движущихся вихрей, либо в области вязкого течения с высоким уровнем турбулентности. Перемещение этих каверн при такой кавитации является их отличительной особенностью по сравнению с другими типами нестационарных каверн. При визуальном наблюдении невооруженным глазом перемещающаяся кавитация может показаться сплошной ква-зистационарной кавитационной зоной. Такой вид имеет зона кавитации на фиг. 1.1, однако на фотографии, сделанной с малой выдержкой (фиг. 1.2), видно, что эта квазистационарная каверна не является сплошной и напоминает плотно упакованную группу из отдельных почти сферических нестационарных каверн. [c.19] Присоединенной кавитацией называется явление, возникающее иногда после начала кавитации, при котором поток жидкости отрывается от твердой границы обтекаемого тела или стенки канала с образованием полости, или каверны, на твердой границе, Неподвижная, или присоединенная, каверна устойчива только в квазистационарном смысле. Ее граница иногда имеет вид поверхности интенсивно кипящей турбулизованной жидкости. В других случаях поверхность раздела между жидкостью и большой каверной может быть гладкой и прозрачной. В жидкости около поверхности большой каверны наблюдается большое количество мелких перемещающихся нестационарных каверн. Эти мелкие каверны быстро растут почти до максимального размера у начала основной каверны и практически не изменяются до ее конца, где они исчезают. [c.21] Иногда наблюдаются колебания, при которых присоединенная каверна сначала растет, а затем схлопывается вследствие захвата жидкости и последующего заполнения каверны с конца зоны кавитации. Максимальная длина присоединенной каверны зависит от поля давления. Каверна может заканчиваться в точке присоединения основного потока жидкости к поверхности тела на некотором расстоянии от передней кромки каверны (линии отрыва) или может простираться далеко за пределы тела до смыкания основного потока с образованием полости,, охватывающей тело, В последнем случае кавитацию называют суперкавитацией. На фиг. 1,6 и 1.7 показаны присоединенные каверны, причем каверна на фиг. 1,7 представляет собой суперкаверну. [c.21] Как видно из фиг, 1,7, основные особенности присоединенной кавитации можно довольно отчетливо наблюдать визуально. [c.21] Перемещающаяся нестационарная кавитация и присоединенная кавитация имеют одно общее свойство в обоих случаях благодаря образованию полостей снимается растягивающее напряжение, которое создается в жидкости в начале зоны кавитации. В общем случае перемещающаяся кавитация проще присоединенной. Однако часто очень трудно отделить перемещающуюся кавитацию от присоединенной, при которой имеются перемещающиеся каверны, захватываемые жидкостью при движении вдоль поверхности основной каверны. [c.22] При вихревой кавитации каверны наблюдаются в центре вихрей, образующихся в зонах, где имеются большие касательные напряжения. (В этом случае каверны могут быть перемещающимися или присоединенными.) Вихревая кавитация была обнаружена раньше других типов кавитации, так как она часто возникает на концах лопастей гребных винтов. Этот тип кавитации часто называют концевой кавитацией. На фиг. 1.8 приведена фотография, полученная с помощью высокоскоростной киносъемки, на которой показана присоединенная вихревая кавитация на гребном винте. Следует отметить, что относительно вращающегося винта этот тип кавитации значительно ближе к установившейся, чем любой из предыдущих типов. Концевая кавитация возникает не только на гребных винтах при обтекании внешним потоком, она также встречается и в каналах, например на концах лопастей осевых насосов. Концевая кавитация не является единственным примером вихревой кавитации. На фиг. 1.9 показана кавитация в следе за телом, образовавшемся вследствие отрыва пограничного слоя от сферы. В этом случае кавитация возникает не на поверхности тела и не вблизи него, а на границе зоны отрыва потока. Это кавитация вихревого типа. Поскольку течение очень неустойчиво. [c.23] Скорость схлопывания вихревых каверн и механизм этого явления изучены недостаточно, но их характерные особенности свидетельствуют о низких скоростях и соответственно низких давлениях схлопывания. [c.24] Вернуться к основной статье