Кавитация прочность жидкости

Разрывная прочность и кавитация жидкостей. При расчетах гидросистем допускают, что жидкости разрываются при давлениях, равных или близких давлению насыщенных паров при данной температуре. Однако реальные жидкости разрываются при более высоких давлениях, причем прочность жидкости или критическое давление, соответствующее ее разрыву, не стабильно, а зависит от наличия в ней пузырьков нерастворенного воздуха и твердых включений, на поверхности которых образуются слабые точки, служащие ядрами разрывных (кавитационных) полостей. Разрывная прочность зависит также от наличия в жидкости воздуха в растворенном состоянии. Последнее обусловлено тем, что при уменьшении давления ниже величины, при которой произошло насыщение жидкости газом, часть его выделится из раствора в виде пузырьков, снижая тем самым разрывную прочность жидкости. [c.44]

Установлено, что с увеличением степени чистоты воды возрастает ее сопротивление разрыву. Объемная прочность жидкостей, не подвергавшихся необходимой очистке от газов и поверхностноактивных веществ, равна упругости их паров. При кавитационной эрозии соотношение между внешним давлением и упругостью пара рп имеет решающее значение кавитация возникает в случае, когда разность давлений —Рп достаточно велика. [c.28]

Как отмечалось выше, согласно элементарной теории возникновения кавитации, каверны образуются, когда локальное давление в жидкости падает до давления насыщенного пара. Однако в действительности это явление значительно сложнее. Хотя экспериментальные исследования показывают, что кавитация действительно возникает при давлении, близком к давлению насыщенного пара, для воды и других жидкостей известны более или менее значительные отклонения, которые противоречат упомянутой теории. Определим давление насыщенного пара как равновесное давление паров жидкости при заданной температуре над существующей свободной поверхностью. При образовании каверны в однородной жидкости должен произойти разрыв, поэтому необходимое напряжение определяется не давлением насыщенного пара, а прочностью жидкости на разрыв при данной температуре. Естественно, возникает вопрос о величине напряжений, которые может выдерживать жидкость при растяжении, и их связи с экспериментально наблюдаемыми явлениями при возникновении кавитации. В этой главе мы рассмотрим влияние различных факторов на эффективную прочность жидкости на разрыв и возникновение кавитации сначала в чистых однородных жидкостях, а затем в системах жидкость — твердое тело, с которыми мы имеем дело на практике. [c.71]

Влияние растворенного газа на склонность жидкости к кавитации определяется рядом факторов. Если газ растворен полностью, то его влияние на эффективную прочность жидкости на разрыв пренебрежимо мало. Но при этом он может оказывать [c.163]

Итак, основными факторами, определяющими масштабный эффект при возникновении кавитации, являются такие факторы, от которых зависит эффективная прочность жидкости на разрыв, в то время как основными факторами, которые определяют масштабный эффект при развитой кавитации (относительно большие каверны), являются термодинамические свойства жидкости и сила тяжести. Термодинамические свойства холодной воды оказывают очень слабое влияние, поскольку плотность пара очень низка. [c.312]

Таким образом, существенное влияние могут оказывать термодинамические параметры. В частности, это относится к гидравлическим машинам, работающим на горячей воде или других жидкостях с высоким давлением насыщенного пара [18, 40, 45]. Как показано в гл. 6, согласно имеющимся данным, термодинамические параметры оказывают наиболее существенное влияние на более поздних стадиях развития кавитации при сравнительно большом объеме, занимаемом кавернами. По-видимому, масштабные эффекты, существенные для возникновения кавитации, связаны с факторами, влияющими на эффективную прочность жидкости на разрыв. [c.548]

Первая попытка предотвращения такой трудности состояла в деаэрации жидкости. Этот метод широко использовался во многих гидродинамических трубах и на некоторых стендах для испытания гидравлических машин. Однако по мере накопления знаний о природе кавитации стало очевидным, что удаление растворенного и находящегося в свободном состоянии газа создает искусственные условия для кавитационных испытаний. Если, например, удаление газа существенно увеличивает эффективную прочность жидкости на разрыв, то можно ожидать, что лабораторные испытания дадут лучшую, т. е. более далекую от возникновения кавитации характеристику, чем у натурных машин. Такое расхождение менее допустимо, чем отклонение в противоположную сторону, поскольку оно приводит к отрицательному коэффициенту надежности экспериментальных результатов. Попытка разрешения этой экспериментальной проблемы путем установки абсорбера в контур трубы была сделана во время реконструкции гидродинамической трубы Калифорнийского технологического института в 1947 г. [24]. Это устройство предназначено для растворения воздуха и других газов с такой же скоростью, с какой они выделяются из раствора, что позволяет поддерживать нормальное количество растворенного газа и устойчивых ядер кавитации без накопления свободных пузырьков. [c.574]

Закалка с применением ультразвуковых колебаний обеспечивает большую эффективность по сравнению с обычной закалкой. Звуковые колебания представляют собой упругие волны, распространяющиеся в газах, жидкостях и твердых телах. При распространении звуковых волн в жидкой среде происходит чередование сжатия во впадинах и разрежения в вершинах волн, при этом частота этого чередования соответствует частоте колебания звуковой волны. При пропускании через жидкость ультразвука частотой f = 18ч-20 кгц и выше наблюдается ультразвуковая кавитация. Она состоит в том, что в вершинах волн вследствие разрежения образуются мельчайшие пузырьки в тех местах, где прочность жидкости меньше из-за растворенного газа или каких-либо примесей. Образующиеся пузырьки захлопываются, создавая при этом местные мгновенные давления в несколько сотен атмосфер. Такие давления вызывают механические разрушения поверхности твердого тела, находящегося вблизи мест захлопывания пузырьков. Это явление используется для удаления окалины с нагретого образца, помещенного в охладитель. [c.172]

Прочность жидкостей на разрыв. Если профильтрованную воду дегазировать в чистом сосуде, то она может выдержать большие растягивающие напряжения. В связи с этим, подобно тому, как выделение пузырьков (пузырьковая кавитация) может происходить при р > р , так и бескавитационное свободное течение возможно при р<.рь- Таким образом, условие (1.16) гл. I может нарушаться в обе стороны [c.403]

Остановимся теперь на вопросе о зародышах кавитации. Чистая жидкость имеет порог кавитации (теоретически [42]) 10 Па. Зародыши в ней могут возникать только вследствие гетерофазных флуктуаций. Но реально кавитационная прочность жидкостей, в том числе и воды, редко превышает 10 Па, что означает, что в жидкости присутствуют достаточно крупные стабильные пузырьки газа. Общепринятой гипотезой, объясняющей их возникновение и длительное существование, является следующая. В очищенной воде, дегазированной и профильтрованной, количество пузырьков ничтожно мало, и ее прочность может достигать около 3-10 Па [33]. Под действием космического излучения молекулы воды распадаются, образуя водород и кислород, которые растворяются в воде. Через некоторое время их концентрация возрастает до такой степени, что из-за флуктуаций могут образоваться пузырьки размерами 2 10 см. На поверхность этих пузырьков попадают молекулы поверхностно активных веществ, которые всегда, хотя и в малом количестве, присутствуют в жидкости. Мономолекулярный слой таких веществ на поверхности пузырька полностью останавливает диффузию газа из пузырька в жидкость, и даже в жидкости, где концентрация растворенного газа намного меньше насыщенной, такой пузырек будет жить длительное время. Броуновское движение пузырьков приводит к их столкновению и слиянию. Таким образом, возникают более крупные пузырьки, которые и обусловливают реальную кавитационную прочность жидкости. Зародышами кавитации могут служить и твердые несмачиваемые частички, а также газовые включения в трещинах и порах твердых поверхностей. В некоторых жидкостях, например в жидком гелии и водороде, зародышами кавитации являются паровые пузырьки, возникающие либо на теплых поверхностях вследствие локального вскипания, либо на треках пролета ионизующих частиц космического излучения. Это открывает возможности применить акустическую кавитацию для регистрации ионизующего излучения [29]. [c.159]

В предыдущем параграфе было показано, что зародышами кавитации могут являться только парогазовые пузырьки, стабильно существующие в жидкости или находящиеся в трещинах и впадинах твердых частиц. Рассмотрим теперь прочность жидкости, содержащей такие реальные зародыши. При понижении давления в жидкости трещины, содержащие газ, могут служить источником пузырьков подобно кипящей воде. Это происходит в тех случаях, когда пузырек выходит из края впадины или трещины, сохраняя форму полушария с радиусом кривизны Во, равным радиусу устья трещины. Для широкого интервала краевых углов и геометрии впадины этот радиус Во является критической величиной, определяющей прочность жидкости [13]. Поэтому дальнейшие рассуждения мы будем относить к парогазовому пузырьку радиуса Во, находящемуся в жидкости, которому эквивалентен радиус устья трещины. [c.175]

Метод определения порога кавитации был аналогичен описанному в работе [8]. Среднее давление в фокальном пятне поднималось ступеньками до момента появления кавитации. Здесь следует еще учесть то обстоятельство, что на прочность жидкости влияет также и само время озвучивания. Так, из-за неоднородности звукового поля необходимо некоторое время для перемещения зародышей в область с более высоким давлением. При длительном озвучивании жидкости находящиеся в ней пузырьки в результате диффузии в них газа начинают расти и понижают ее прочность. Наши исследования подтверждают это предположение длительное время озвучивания (более 20 сек) приводит к понижению прочности воды при коротком времени озвучивания (3—8 сек) порог несколько повышается и остается стабильным в этом интервале времени с разбросом не более 10%. Поэтому время, в течение которого определялся порог кавитации, составляло около 5 сек. [c.182]

IV, гл. 2, стр. 149), объем и газосодержание которых больше, чем у зародышей. Из-за наличия акустических течений, вызывающих интенсивное перемешивание, эти равновесные пузырьки выносятся наружу, к границе кавитационной области, и несколько понижают кавитационную прочность жидкости. На рис. 10 показано распределение давления внутри этой же кавитационной области [8] при различных напряжениях на концентраторе. Если при напряжении ниже порогового U = 0,7 кв) отчетливо видна дифракционная структура пятна, то выше порога кавитации вся картина смазывается и распределение давления внутри области оказывается практически равномерным. Аналогичный вид имеют кривые распределения давления внутри кавитационной области, изображенные на рис. 13 части V (стр. 187). [c.232]

Содержание свободного газа в жидкости обычно составляет малую часть (10 —10 ) от общего газосодержания, однако даже столь малое количество свободного газа может заметно влиять на ход различных технологических процессов, связанных с излучением в жидкость мощного ультразвука и последующим возникновением кавитационных явлений. Известно что кавитационная прочность жидкости едва ли не в первую очередь определяется содержанием в ней газовых пузырьков. Воздействуя тем или иным способом на количество и размеры пузырьков, можно не только существенно изменять кавитационные свойства жидкости, но и влиять на характер и интенсивность различных процессов, сопутствующих кавитации. Так, уменьшение содержания в жидкости свободного газа позволяет значительно повысить эффективность кавитационной эрозии. Известно, что при замыкании кавитационных каверн образуются ударные волны, вызывающие разрушение материала скорость смыкания стенок каверн, а следовательно, и давления, образуемые при сжатии, зависят от количества газа внутри каверны. Таким образом, вопрос об интенсивности кавитационного разрушения материала связан с характеристиками ядер, из которых образуются кавитационные каверны, и прежде всего — с количеством газа в них. Повышая гидростатическое давление в жидкости, удается уменьшить содержание в ней свободного газа и увеличить интенсивность ударных волн на несколько порядков по сравнению с обычными условиями (см. например [1, 2], а также часть П1 настоящей книги и часть V второй книги). [c.395]

Область работы гидротормоза (рис. 178) определяется кривой 1 тормозного момента, создаваемого воздухом при полностью опорожненном гидротормозе кривой 2 — при гидротормозе, заполненном полностью водой или при открытой заслонке прямой 3, ограничивающей работу гидротормоза по прочности (из условий наибольшего момента, принятого при расчете тормоза на прочность) прямой 4, ограничивающей работу гидротормоза по наибольшей выходной температуре воды (из условий наибольшей допустимой мощности, протока жидкости и кавитации) прямой 5, ограничивающей работу тормоза по наибольшей допустимой скорости, обусловленной допустимыми напряжениями от вращающегося ротора. Кривая 6 — характеристика испытываемой машины. [c.291]

Кавитация окидкостей. В непосредственной связи с рассмотренной выше разрывной прочностью жидкости и упругостью насыщенных ее паров находится кавитация, под которой понимается местное выделение из жидкости газов и паров (вскипание жидкости) с последующим разрушением (конденсацией и смыканием) выделившихся парогазовых пузырьков (каверн), сопровождающимся местными гидравлическими микроударами высокой частоты и большими забросами давления. [c.45]

Проблема прочности жидкостей на разрыв имеет много общего с проблемой прочности твердых тел. В последнем случае для объяснения ряда явлений и особенно пластичности реальных твердых тел развивается теория дефектов и теория дислокаций, которая имеет большое количество убедительных экспериментальных подтверждений. Значительно хуже обстоит дело с теорией прочности жидкостей. Экспериментальные результаты указывают на то, что прочность жидкостей на разрыв для многих жидкостей на порядок меньше теоретической. Для объяснения этого вводится гипотеза зародышей, которая пока что не нашла еще достаточно убедительного экспериментального доказательства. В настоящее время остается открытым вопрос о пр1гчинах стабильного существования зародышей. Это одна из задач, которая свидетельствует о несовершенстве наших представлений о жидкости. Отметим в этой связи, что в случае аморфных твердых тел (застеклован-ных жидкостей) теоретическая прочность на разрыв существенно ближе к экспериментальной, чем для жидкостей [5]. Проблемы прочности жидкостей возникают при объяснении звуковой кавитации, которая ни в теоретическом, ни в экспериментальном плане не может считаться завершенной областью нелинейной акустики. [c.283]

Как видно, уже при глубине модуляции S JSo=0,5 амплитуда переменного давления на стороне рупора составляет величину, близкую полной разности давлений между резервуаром и средой. Бели эта амплитуда будет больше Рго, то в жидкости появятся растягивающие усилия, которые могут превысить предел прочности жидкости, и наступит кавитация—выделение газовых пузырей во время отрицательных фаз давления и захлопывание их во время положительных фаз давления, вызывая кавитационную эрозию частей модулятора. Таким образом, гидродинамическая сирена должна работать только при таких давлениях в резервуаре, при которых в отрицательной фазе переменной составляющей давления в модуляторе полное давление остается выше порогового, соответствующего началу кавитации. Если активная часть сопротивления невелика, т. е. osijj мал, то, несмотря на большие давления в модуляторе, излученная мощность может оказаться небольшой. [c.214]

Одна из основных проблем в изучении ультразвуковой кавитации связана с вопросом о том, каким образом разрыв жидьости в улыра звуковой волне осуществляется при акустических давлениях, зна чительно меньших теоретической прочности жидкости на разрыв Действительно, для образования в идеальной жидкости полостг радиусом R, к ней необходимо приложить растягивающее напря жение Р, равное давлению Лапласа, обусловленному поверхност ным натяжением а данной жидкости, т. е. [c.124]

В гл. 1,2 приводятся первоначальные сведения о кавитации и методах ее изучения, а также классифицируются основные типы кавитационных течений. В гл. 3 систематически излагаются результаты исследований условий возникновения кавитации и связанные с ними вопросы о прочности жидкости на разрыв, гипотезы о природе ядер кавитации, их равновесии и устойчивости. В гл. 4, 5 рассматривается механика нестационарных каверн, т. е. вопросы роста и схлопывания пузырьков, образующихся из кавитационных ядер, и развитых кавитационных течений, в том числе следов и суперкаверн. Очень важно, что изложение экспериментального материала, как правило, сопро- [c.6]

При распространении в жидкости ультразвуковых колебаний возникают местные, расположенные вдоль ультразвуковой волны, области разряжения и сжатия. Обязательным условием для возникновения кавитации является существование в жидкости зародышевых микропузырьков, наполненных газом или паром. Такие микропузырьки всегда присутствуют в жидкости вследствие тепловых флюктуаций. Их растворение в жидкости замедлено, потому что на поверхности раздела двух сред — газа или пара в пузырьке и окружающей жидкости — образуется монослой из адсорбированных органических молекул загрязнений или микрофлоры. Монослой образует оболочку, препятствующую диффузии газа или пара из пузырька в окружающую жидкость. Кавитационный пузырек вырастает из зародышевого микропузырька под воздействием разряжения в отрицательный полупериод волны давления ультразвуковых колебаний. Это происходит в том случае, если величина отрицательного давления превышает порог прочности жидкости. С увеличением вязкости прочность жидкости увеличивается и кавитация затрудняется. [c.14]

Акустическая кавитация и распространение звука в пузырьковой (и вообще гетерофазной) среде представляет собой большую и сложную область исследований, имеющую существенное прикладное значение. В этой главе будут затронуты только основные аспекты акустической кавитации динамика газовых и паровых пузырьков, кавитационная область, кавитационая прочность жидкостей, явления, сопровождающие кавитацию, а также ряд вопросов распространения акустических волн в жидкости с пузырьками. [c.139]

Кроме того, здесь действуют силы вязкости. Для монохроматич. звуковых волн р — гармонич. ф-ция времени, меняющаяся с частотой звука. В жидкостях при интенсивности звука I Вт/см , характерной для ряда практич. применений УЗ, р дин/см = 1 атм. Такие силы могут превысить порог прочности жидкости и вызвать кавитацию. Средняя по в.ремени П. с., обусловленная звуковым давлением в гармонич. звуковых полях, равна нулю. [c.266]

Наибольшее число экспериментальных количественных оценок кавитационной прочности жидкостей проведено на воде и ее растворах. Это связано с относительной простотой постановки эксперимента в неагрессивной низкотемпературной среде. Изучение кавитации в жидком металле (особенно в расплаве алюминия и его сплавов, который реагирует практически со всеми известными хматериа-лами и растворяет их) обусловило серьезные затруднения, связанные как с методикой введения ультразвука в расплав, так и с методикой контроля условий возникновения и развития кавитации. [c.450]

При напрян ении на излучателе, значительно превосходящем пороговое, число зародышей, способных стать центрами кавитации, возрастает настолько, что они присутствуют в области распыления постоянно, в результате чего временные промежутки между отдельными нарушениями кавитационной прочности жидкости стираются и процессы кавитации и выделения аэрозо.ля протекают непрерывно. В режиме большой мощности аэрозоль выбрасывается не одновременно со всей поверхности струи, а из отдельных многочисленных ее участков (см. 1 гл. 3), поэтому распыление в данном случае вызывается сравнительно небольшими кавитационными областями, расположение которых непрерывно изменяется в пределах области распыления. Кавитационно-волновая гипотеза объясняет также существование порога распыления и зависимость его от различных физических условий проведения эксперимента, импульсный характер образования аэрозоля при напрянхении, незначительно превышающем пороговое, и другие особенности распыления жидкости в фонтане [26, 35]. [c.379]

Известно, что кавитационная прочность жидкости при ее обезгажи-вании возрастает. Одним из методов обезгаживания жидкости является вакуумирование. Эффект кавитации при вакуумировании должен снижаться. [c.438]

Кавитационные явления, возникающие в расплаве, могут явиться причиной влияния нерастворимых примесей на процесс кристаллизации в ультразвуковом поле. Если кавитационная полость возникает не внутри жидкости, а в результате ее отрыва от поверхности твердого тела (в частности, от частицы примеси), то величина отрицательного давления, необходимого для образования полости, существенно изменится. При полном несмачивании прочность жидкости на отрыв от твердого тела стремится к нулю. Таким образом, введение в расплав нерастворимой примеси может значительно снизить порог кавитации. [c.440]

В шнекоцентробежных насосах наблюдается явление кавитации, которое заключается в образовании разрыьа сплошности потока движущейся жидкости. Разрывы сплошности потока (кавитационные каверны) возникают на тех участках, где происходит падение давления ниже давления насыщенных паров жидкости. На развитие кавитации существенное влияние оказывает наличие растворенных и свободных газов в жидкости, которые выделяются в зонах пониженного давления и снижают объемную прочность жидкости. [c.36]

Возникновение и развитие кавитации в жидкости связано с наличием так называемых ядер кавитации. Физически чистая и однородная жидкость воспринимает значительные растягивающие напряжения. В технических жидкостях всегда имеются ядра кавита-j ии и под воздействием растягивающих напряжений возникают кавитационные явления. Ядра кавитации являются теми слабыми точками, в которых нарушается прочность жидкости и возникают кавитационные явления. Согласно наиболее вероятной гипотезе ядра кавитации представляют собой нерастворенные газовые включения. в том числе в порах и трещинах микрочастицГвзвешенных в жидкости. [c.186]

На развитие кавитации в жидкостях влияет также количество свободных газов и растворенных, выделяющихся в областях пониженного давления. Газ уменьшает прочность жидкости (газовая кавитация). Пщщаличии двухфазной среды сильно падает скорость звука и кризисы, имеющие место при кавитационных течениях (ограничение расхода), могут являться кризисами звуковых течений. Кроме того, на степень развития кавитации могут влиять термодинамические свойства жидкостей (см. разд. 3.3.5.2). [c.186]

При возбуждении в жидкости итенсивных ультразвуковых колебаний возникает сложное физическое явление — акустическая кавитация. Интенсивными считают такие колебания, которые создают звуковые поля с амплитудами давления, превышающими прочность жидкости на разрыв (более 1 Вт/см ). Кавитация в жидкости вызывает такие эффекты, как ускорение химических реакций, эрозия, звуколюминесценция и излучение звука. [c.24]

Кавитационные явления в жидкости способствуют интеисив-ному перемешиванию абразивных зерен под инструментом, попаданию свежего абразива в зону обработки, а также удалению разрушенных зерен абраз,ива. Кавитация возникает в ультразву-ково.м поле в тот момент, когда растяжения превышают кавитационную прочность жидкости, и в результате создается большое количество пор, заполненных воздухом. Процесс захлопывания пузырьков сопровождается образованием ударной волны, которая и приводит к взмучиванию суспензии и ее перемешиванию. [c.90]

Практически напряжение разрыва масла в реальных условиях не превышает при плавном нагружении 0,004 кПсм . Однако опыты показывают, что при известных условиях максимальное значение объемной прочности масляной смеси АМГ-10 может достигать 0,9 кПсм , а минимальное близко к нулю. Ввиду этого растягивающими напряжениями в жидкости обычно пренебрегают, за исключением случаев, имеющих отношение к кавитации. [c.45]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...