Пузырь при кавитации

Выдвинутое М. Корнфельдом и Л. Я. Суворовым объяснение механизма эрозионного разрушения при кавитации получает все более широкую известность, признание и дополнительные подтверждения в трудах как советских, так и иностранных ученых (см. [Л. 4, 47, 49, 76, 81, 98, 105, 106 и др.]). В статье [Л. 105], например, указывается, что струйку, входящую внутрь пузырька и разрушающую поверхность образца прямым контактом, удалось обнаружить и наблюдать на опытах, и что действие этой струйки согласуется с теоретическими расчетами. По теоретическим данным Л. 105] скорость струйки, ударяющей по поверхности тела, может достигать 1 ООО м сек. Прямые измерения деформации пузырьков срывной кавитации за круглым профилем, обтекаемым со скоростью 17 м сек, показали [Л. 76], что скорости перемещения поверхности пузырь-62 [c.62]

Разрушение кавитационных пузырей при переносе их потоком в область с давлением выше критического, происходит с очень большой скоростью и вызывает гидравлический удар. Наложение большого числа таких ударов приводит к появлению характерного шипящего звука. Таким образом, возникновение кавитации всегда сопровождается усилением шума. Значение этого последствия кавитации изменяется в зависимости от назначения гидравлического оборудования. [c.25]

Вибрационная кавитация [22J. При колебании твердого тела относительно жидкости или жидкости относительно твердого тела давление в жидкости на границе раздела жидкости и твердого тела может упасть и вызвать образование кавитационных пузырей. Условия кавитации зависят от внешнего давления на систему и насыщенности жидкости воздухом. [c.192]

Обычно образование пузырей при механическом воздействии объясняют тем, что пузыри должны образовываться тогда, когда давление в узкой части трубки понижается до уровня давления насыщенных паров воды либо под действием звуковой волны, либо по принципу Бернулли. Однако подсчеты минимального давления, создаваемого ультразвуковыми волнами, показывают, что менее /ы доли энергии, необходимой для создания давления, равного давлению насыщенных паров воды, должно вызывать кавитацию [23]. [c.20]

Разъедание металла вследствие кавитации обычно наступает в том месте, где происходит скачок уплотнения, сопровождающийся, как было упомянуто, столкновениями пузырей пара . При этом части воды, до этого разделенные пузырями, сталкиваются друг с другом с конечными, но различными по величине скоростями, вследствие чего возникают очень высокие местные импульсивные давления (см. 3). К этим ударным действиям часто присоединяются химические действия. Воздух, выделяющийся из воды при кавитации, богаче кислородом, чем обычный воздух. Под действием импульсивного давления этот обогащенный кислородом воздух вдавливается в поры металла, а затем, после падения давления, вырывается оттуда. Это означает, что слой металла, близкий к поверхности, подвергается переменной нагрузке. В результате всех этих явлений, полностью до сих пор еще не выясненных, на поверхности металла появляются маленькие углубления и бороздки, которые постепенно, если кавитация длится продолжительное время, углубляются и разрастаются, вплоть до того, что из лопасти или лопатки выпадают отдельные кусочки металла — происходит своеобразное разъедание металла, он принимает на большую глубину губчатое [c.419]

С гидравлическим ударом сходны явления, возникающие при сжатии пузырей, образовавшихся при кавитации. Как показывают снимки. [c.421]

Очевидно, число X представляет собой число Эйлера, составленное по перепаду давления роо — Значение числа х, при котором начинается кавитация на данной обтекаемой поверхности, называется критическим — х р. Оно зависит как от формы тела, которой определяется закон распределения давлений по его поверхности, так и от свойств жидкости (вязкости, поверхностного натяжения, газонасыщения). Так как рост газовых пузырей начинается при вполне определенном давлении /з р, значению х р должно соответствовать именно это давление. Можно считать, что Рнр = Рн. т. е. Рнр равно давлению рн насыщенных паров. Это давление достигается в той точке обтекаемой поверхности , где скорость имеет максимальное значение и . Для определения [c.399]

Проблемами, возникающими в связи с кавитацией, являются изменение закономерностей течения в связи с нарушением сплошности, а также кавитационные разрушения материала твердых стенок при схлопывании пузырей вблизи границ течения. Некоторые гидродинамические устройства (например, некоторые типы измерителей расхода жидкости) перестают выполнять свое назначение при появлении кавитации. Кавитационные разрушения лопастей гидравлических турбин, насосов, гребных винтов представляют собой одну из важных технических проблем. [c.23]

Образование в воде областей (разрывов), заполненных воздухом и парами воды. Кипение и кавитация [1-5]. Обычно в воде содержится растворенный воздух. Как известно из курса физики, при снижении давления р в жидкости или при повышении ее температуры t° такой воздух начинает выделяться из отдельных элементарных объемов воды, причем в воде образуются разрывы (воздушные пузыри ). В результате сплошность воды нарушается до тех пор, пока пузыри воздуха не выйдут из нее через ее свободную поверхность, будем иметь двухфазную систему (вода плюс воздушные пузыри). [c.19]

Кавитация — нарушение сплошности потока капельной жидкости. При снижении давления или повышении температуры в жидкости начинают появляться отдельные пузырьки ее паров, а также выделяться растворенные в ней газы. Когда давление станет равным давлению (упругости) насыщенных паров рассматриваемой жидкости при данной температуре (табл. 1), в ней образуются пузыри и даже целые полости, заполненные парами жидкости и газами, которые расчленяют непрерывный поток жидкости. Естественно, что законы, установленные для сплошных сред, теряют при этом свою силу. [c.12]

Кавитацией принято называть образование в жидкости разрывов (кавитационных полостей, каверн, кавитационных пузырей) под действием больших растягивающих напряжений, возникающих либо при обтекании помещенных в жидкость тел, либо при распространении в ней ультразвуковых колебаний. При колебаниях давления в объеме жидкости кавитационные пузырьки попеременно возникают и исчезают, оставаясь приблизительно в одном и том же участке жидкости. В текущей жидкости кавитационные пузыри возникают там, где при увеличении скорости давление в потоке в соответствии с уравнением Бернулли снижается до величины давления насыщенного пара. Затем кавитационные пузыри уносятся потоком, попадают в зону повышенного давления и разрушаются (схлопываются). Объем кавитационного пузыря может быть от долей кубического [c.53]

Развитие и захлопывание кавитационного пузыря сопровождается сложным комплексом механических, электрических, химических, тепловых, акустических и световых явлений. Изучение кавитации затруднено тем, что в разных условиях различные стороны явления проявляются неодинаково. Кавитация изучается уже не один десяток лет и, несмотря на сотни проведенных в разных странах исследований, до сих пор многое в этом явлении еще не ясно. В частности, не существует устоявшихся, хорошо апробированных методов вычисления температур и давлений, возникающих при сокращении кавитационного пузыря не выяснена природа свечения кавитационных пузырей и, наконец, не существует единого мнения относительно механизма кавитационной эрозии. [c.54]

Кавитация представляет собой процесс нарушения сплошности потока жидкости, который происходит на тех участках где местное давление, понижаясь, достигает критического значения. Этот процесс сопровождается образованием большого количества пузырьков, наполненных преимущественно парами жидкости, а также газами, выделившимися из раствора. Образование пузырьков имеет много общего с кипением жидкости, в связи с чем эти два процесса часто отождествляют, а в качестве критического давления, при котором начинается кавитация, принимают давление насыщенных паров жидкости при данной температуре. Находясь в области пониженного давления, пузырьки растут и превраш,аются в большие кавитационные пузыри-каверны. Затем пузыри уносятся потоком в область с давлением выше критического, где происходит их разрушение. Таким образом, в потоке создается довольно четко выраженная кавитационная зона, заполненная движущимися пузырьками. [c.22]

Следующим примером кавитации могут служить явления, происходящие вблизи поверхности колеблющегося в жидкости тела. При достаточно большой частоте и определенной амплитуде колебаний на поверхности тела появляются кавитационные пузыри, которые растут в течение той доли периода колебаний, когда давление вблизи поверхности па- [c.23]

Стадия начальной кавитации соответствует условиям, при которых появляются первые незначительные признаки кавитации слабое усиление шума, наличие небольшого количества кавитационных пузырей, которые образуют неустановившуюся кавитационную зону. Как правило, на этой стадии внешние характеристики гидравлической машины практически не изменяются. [c.25]

Кавитация представляет собой процесс нарушения сплошности быстродвижущегося потока жидкости с образованием в нем пузырей (каверн), заполненных парами жидкости и газами. Кавитация возникает в тех участках потока, где в результате турбулентных возмущений при обтекании препятствий и впадин, изменении направления, сужении проходных сечений и т.п. происходит местное понижение давления (Ниже определенного критического значения (обычно ниже давления насыщенных паров при данной температуре). При снижении давления ниже критического жидкость не выдерживает растягивающих напряжений и разрывается. [c.7]

На практике высота всасывания принимается всегда ниже максимально возможной не только для компенсации вероятных отклонений условий работы вблизи опасного предела, но и из-за возможности возникновения явления кавитации. Дело в том, что поле скоростей и давлений на входе в рабочее колесо насоса является неравномерным, и в отдельных точках потока создаются условия для вскипания жидкости. Появляющиеся пузыри пара затем превращаются опять в жидкость при их перемещении в зоны, где местное давление выше давления насыщения. Появление и исчезновение пузырьков сопровождается местными ударами, интенсивность которых может достигать 30 МПа, а частота — десятка тысяч герц. Такие местные удары приводят к быстрому износу (эрозии) рабочих колес и необходимости их ремонта или замены. [c.200]

Хотя вышеприведенный анализ большей частью касался обтекания тел дозвуковым воздушным или газовым потоком, однако его принципы вполне применимы и к обтеканию тел потоком капельной жидкости (например, к обтеканию потоком воды различного рода стоек, стержней и т. п., а также подводных крыльев). При этом необходимо только, чтобы не сказывалось существенным образом влияние свободной поверхности жидкости. Существуют также важные отличия между случаем обтекания сплошным потоком капельной жидкости и случаем, когда внутри потока капельной жидкости образуются полости или пузыри, заполненные газом (или парами). Такого рода явления называются кавитацией и обсуждаются в следующем параграфе. [c.418]

Весьма вероятно, что в большинстве случаев кавитация (или образование пузырей, создаваемых движением в жидкостях) возникает в вихрях, образовавшихся в результате турбулентного движения жидкостей. Вихри должны, разумеется, вызывать образование зародышей на частицах пыли, если таковые существуют, при значениях энергии, недостаточных для создания истинной кавитации, Нельзя полностью исключить возможность того, что волны давления, образованные ультразвуковыми колебаниями высокой энергии, могли бы создавать пузыри с помощью прямого растяжения. [c.24]

Хотя оба эти способа легко вызывают кавитацию и образование пузырей в воде при наличии газовых зародышей, после их удаления для возникновения кавитации требуется столь сильный уд .р или столь большая скорость движения, что трубка часто разрушается. Мы [c.50]

Для изучения отрыва воды от стеклянной поверхности, движущейся с высокой скоростью, мы выбрали условия, более всего благоприятствующие возникновению напряжений, а именно быстро перемещали цилиндрический стеклянный стержень, отрезанный с одного конца под прямым углом, в узком стеклянном сосуде, заполненном небольшим количеством воды. Стенки сосуда находились достаточно близко от стенок стержня для того, чтобы создавать дополнительный эффект всасывания, как при перемещении неплотно подогнанного поршня. Однако стержень нельзя чрезмерно сближать с сосудом, поскольку соприкосновение поверхностей создает условия для немедленной кавитации и мгновенного образования пузырей [9]. [c.51]

МОЩЬЮ ЭТИХ стержней предполагалось создать гораздо большие напряжения при одинаковой скорости их перемещения как вследствие увеличения площади поперечного сечения, так и благодаря усилению всасывающего действия в стеклянной трубке. В трех опытах стеклянные стержни диаметром 10 мм, концы которых полировали пастой и подвергали полной очистке упоминавшимся способом, перемещались в центрифугированной воде с максимальной скоростью около 24 м/сек ). Во всех трех случаях наблюдалась кавитация в некоторых местах трубки. В одном опыте кавитация возникла у конца стержня, когда скорость составляла 16 м/сек. В другом опыте отдельные пузыри образовывались под стержнем и на некотором расстоянии от него, как это видно на фиг. 9, а,при скорости 21 м/сек им сопутствовали и новые пузыри. Первый изолированный пузырь расширился до больших размеров и затем лопнул столь мгновенно, что трубка разбилась от гидравлического удара. Таким образом, кавитация возникала у конца стержня, несмотря на наличие в трубке большого кавитационного пузыря. В третьем опыте кавитации у конца стержня не возникало, но после того, как стержень достиг своей максимальной скорости около 24 м/сек и вышел из поля зрения камеры, возникли пузыри и образовали большую полость, исчезновение которой опять разрушило стеклянную трубку. [c.62]

Одной из важнейших проблем в области современной гидродинамики является возникновение кавитации в жидкости. Под кавитацией подразумевается совместное существование паровой или газовой фазы с жидкой фазой. Эта паровая или газовая фаза возникает первоначально в виде мелких пузырей, распределенных внутри жидкости. Практически важен рост сопротивления, испытываемого погруженными телами при их движении в жидкости, когда возникает кавитация так, при наличии кавитации в потоке к. п.д. насосов и турбин уменьшается. Частным случаем общей проблемы кавитации, анализируемым в настоящей работе, является проблема динамического равновесия и скорости роста пузырей пара и газа. [c.226]

Первая попытка объяснить механизм эрозионного разрушения при кавитации была сделана Куком и Парсонсом [Л. 86]. Причиной эрозионного разрушения они считали непосредственные удары жидкости при быстром захлопывании кавитационных пузырьков. Предполагалось, что удар происходит по твердому телу, помещенному внутри кавитационного пузыря. Однако такая модель не имеет реального смысла, так как фактически пузырек располагается на разрушаемой поверхности или вблизи ее, т. е. гидравлический удар должен бы происходить при полном смыкании пузырька. Но фор1-мула Кука неприменима для этого случая, так как при [c.55]

Носкиевич [Л. 99] указывает, что возникающие при кавитации электрические токи могут быть объяснены нагревом металла. Смыкающиеся кавитационные пузыри вызывают локальный нагрев поверхности металла приводящий к термоэффекту. Повышение температуры оценивается в пределах от нескольких градусов до 250° С. Нагретая и ненагретая части поверхности металла образуют термопару, электрический ток которой и вызывает электрохимические процессы при кавитации. Таким образом, наряду с механическим разрушением [c.59]

Выбор кавитационно-стойкнх материалов определяется особенностями их работы в условиях кавитации. В движущемся потоке жидкости при уменьшении давления до уровня меньшего, чем упругость насыщенных паров, возникает нарушение сплошности, образуются полости, каверны, пузыри. При движении они сокращаются и исчезают — захлопываются. При смыкании полостей материал, контактирующий с жидкостью, испытывает гидродинамические удары, в результате которых происходит разрушение и эрозия. Давление при этом достигает 126—250 МПа, а температура 230-720 С. [c.167]

Кавитация (сау11аз — пустота) — нарушение сплошности внутри текущей жидкости, т. е. образование полостей, пузырей. При замыкании этих полостей поверхность, контактирующая с жидкостью, подвергается гидравлическим ударам, под воздействчем которых и происходит разрушение металла. [c.139]

При определенных гидродинамических условиях нарушается сплошность движущегося потока жидкости и образуются пузыри. Затем они сокращаются и исчезают. Это явление, протекающее в жидкостном потоке, называют кавитацией (от латинского слова avitas —пустота). [c.340]

Газы (воздух) присутствуют в минеральных маслах в растворенном (дисперсном) и нерастворенном состоянии. В нерастворенном состоянии газы представляют собой пузырьки диаметром до 0,8 мкм, которые при работе гидропривода постоянно делятся на более мелкие и вновь объединяются между собой. В растворенном состоянии газы (воздух) рассеиваются в рабочей жидкости в виде отдельных молекул. При понижении давления ниже атмосферного (например, во всасывающей линии насосов, дросселях, крутых изгибах трубопроводов и т. д.) молекулы об1)единяются с нерастворенным газом и испаряющейся при низком давлении влагой в парогазовые пузырьки диаметром от 0,2 и выше мкм. В объеме рабочей жидкости эти i ipoi азовые пу ., рьки циркулируют в гидросистеме, вызывая кавитацию. При попадании парогазовых пузырь- [c.146]

При возникновении кавитации на поверхности тела в области ртш образуются пузырьки, заполненные паром с давлением, близким к нулю, затем они перемещаются вместе с жидкостью и попадают в область больших давлений. В области повышенных давлений жидкость со значительной скоростью устремляется внутрь пузырей, происходит их охлопывание, сопровождающееся большими приращениями местных давлений (порядка сотен атмосфер). В результате этого возникает разрушение поверхности обтекаемых тел, которое носит название кавитационной эррозии. [c.35]

При поверхностной кавитации возникновение и захлопывание пузырей (каверн) происходит или на самой детали, или в непосредственной близости от нее. Обычно различают три вида поверхностной кавитации [Л. 40] профильную, щелевую и кавитацию еровностей поверхности. [c.8]

Профильная кавитация (или кавитация формы) возникает при отрыве потока от обтекаемой им поверхио-сти с образованием кавитационных пузырей. Образование такого вида кавитации наиболее вероятно при обтекании потоком лопастей рабочих колес гидротурбин, лопаток осевых и центробежных насосов и т. п. [c.8]

Механическое движение жидкости в закрытых сосудах всегда затрудняется вязким трением о стенки. Из-за этого эффекта стенок невозможно создать идеальное давление волны в трубке, в которой каждая частица в рассматриваемом сечении проходит одно и то же расстояние. Это сопротивление идеальному потоку будет вызывать турбулентность, если трубке сообщить вибрацию. В наших опытах с каучуковой диафрагмой на конце стеклянной трубки нам удалось обнаружить турбулентность при ударе по диафрагме по движению красных кровяных клеток. Пузыри образовывались легче, когда свободное движение воды вверх по широкой части трубки задерживалось при частичном наполнении суженной горловины водой. При этих условиях турбулентность была тоже больше. Бонди и Солнер [19] составили обзор существующих данных по кавитации, порождаемой ультразвуком. Они отмечают, что пузыри обычно образуются на поверхностях раздела, в частности на ниверАнисги раздела жидкость — жидкость. Как установил Рейнольдс [29], на поверхности раздела жидкость — жидкость турбулентность возникает при очень низких относительных скоростях. Это согласуется с хорошо известной нестабильностью вихревого слоя. [c.24]

Совсем недавно группа Харвея экспериментально показала [5], что большая часть обычно наблюдаемых примеров кавитации и образования пузырей в действительности обусловлена присутствием газовых зародышей. В наглядном опыте они помещали воду в стеклянную трубку и выдерживали ее под большим гидростатическим давлением, чтобы растворить все находившиеся в ней газы. В результате они получали систему, совершенно лишенную газовых зародышей. Обработанная таким образом вода, — говорится в их статье,— обладает замечательными свойствами. Ее можно нагреть до температуры свыше 200° С без взрывного вскипания. При распространении в ней интенсивных звуковых волн высокой частоты не наблюдается ни кавитации, ни образования пузырей. И, наконец, если снизить давление в системе до давления паров воды, то умеренное постукивание не оказывает никакого эффекта, и только очень резкие удары вызывают образование пузырей . [c.29]

Кавитация возникала в тех случаях, когда кристаллы вышеприведенных соединений были образованы в системах стекло — жидкость, предварительно освобожденных от всех газовых зародышей и не допускавших кавитации. Однако соли ионных минералов обычно не кавитировали до тех пор, пока не появлялось множество кристаллов. В других соединениях кавитацию вызывало присутствие очень малых количеств весьма мелких кристаллов. Исключение составлял виннокислый калий-натрий, где эффект был промежуточным и недостаточно определенным. Это соединение более сходно с другими органическими соединениями, чем с неорганическими. Возможно, что в тех случаях, когда требовалось большое количество кристаллов, пузыри возникали из-за огромных пере-насыщений, образующихся при переходе жидкой фазы в твердую. Этот возможный источник ошибки едва ли мог сказаться в опытах с органическими соединениями. [c.35]

Существует общее убеждение, что воду при растяжении легко разорвать, достаточно якобы снизить давление до давления насыщения, чтобы вызвать обильное образование пузырей и кипение. В действительности же кипение, которое наступает при давлении насыщения, обусловлено присутствием мельчайщих газовых пузырей, прилипших к загрязняющим воду частицам и стенкам сосуда. Газовая фаза выполняет роль зародыша, кладущего начало кавитации. Нетрудно показать, что при удалении всех газовых зародышей вода в некапиллярном сосуде выдерживает глубокий вакуум и допускает нагрев до 206°С без кипения ) [2], хотя испарение с поверхности идет быстро [3]. [c.48]

Помимо упоминавшегося для растяжения воды способа теплового сокращения существуют и кинетические методы. В одном из них по дну высокой стеклянной трубки, заполненной водой при давлении насыщения, наносится резкий удар, который смещает стеклянную стенку трубы настолько, что создается импульс давления с отрицательной составляющей. Явление кавитации и образования пузырей в этих условиях хорошо известно. На фиг. 1 воспроизведена серия снимков, заснятых скоростной кинокамерой. На снимках видна кавитация, возникшая при ударе деревянной дощечкой по доныщку трубки, заполненной водой при пониженном давлении (с упругостью пара, 19 мм рт. ст.). Полости берут начало от газовых зародышей. [c.49]

Возникновение в перегретой жидкости паровых пузырей в изопьезометрических условиях называется вскипанием. Если же пузыри образуются при изотермическом падении локального давления в потоке ниже давления насыщения, то это явление называется кавитацией. В обоих случаях возникновению зародышей во многом способствует наличие твердых поверхностей, причем последние способствуют ему настолько, что материал и состояние этих поверхностей вместе с параметрами, характеризующими состояние жидкой фазы, обычно определяют процесс образования зародышей. Из-за сложной геометрии и химических свойств реальных поверхностей в большинстве случаев чрезвычайно трудно предсказать величину разности температур или давлений, которые необходимы для возникновения зародышей в некоторой [c.81]

В случае многофазных систем необходимо учитывать важную роль поверхностных явлений в рассматриваем мых процессах Так, при наличии домикроскопических зародышей для возникновения процессов кавитации или кипения необходимо преодолеть очень большие силы поверхностного натяжения. Как известно, чистая дегазированная жидкость может выдержать очень высокие по--верхностные натяжения или значительный перегрев без образования пузырей Первоначально это было показано Харвеем [2], а затем Пизом и Блинксом [3], Харвей на несколько минут подвергал действию давления порядка 700 г/сл 2 образцы аэрированной воды. При этом воЗ душные зародыши переходили под действием давления в раствор, и когда его вновь приводили к атмосферному давлению, кавитации в нем не возникало даже при таких поверхностных натяжениях, которые легко сопровождались кавитацией до сжатия раствора. Растворы вода — воздух, предварительно подвергнутые действию высокого давления, допускают перегрев на 80° С без кипения. [c.227]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...