Механические воздействия кавитаци

РОЛЬ МЕХАНИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ КАВИТАЦИИ [c.380]

Хотя в последние годы большое внимание уделялось механическому воздействию кавитации, не следует забывать, что химическая коррозия может играть важную, а в ряде случаев глав- [c.416]

В области, где р > рнп, пузырьки смыкаются, причем частицы жидкости, формирующие поверхность газового пузырька, движутся от периферии к центру с большой скоростью и в результате их столкновений возникают местные гидравлические удары с резким локальным повышением давления, сопровождаемым звуковыми явлениями. Замыкание пузырьков на твердой поверхности приводит к возникновению на ней поверхностных напряжений, что при многократном повторении приводит к появлению трещин и последующему ее разрушению. Разрушение поверхностей твердых тел под механическим воздействием кавитации называется кавитационной эрозией. [c.413]

Кавитация может оказывать разрушающее воздействие на материалы поверхностей, вблизи которых она возникает. При этом длительное воздействие кавитации может привести к разрушению материала практически любой твердости. Хотя механизм разрушающего действия кавитации не вполне выяснен, но есть достаточно оснований считать, что основной причиной разрушения является механическое воздействие жидкости на твердые стенки. Установлено, что наиболее опасной с точки зрения разрушающего действия является пузырьковая стадия кавитации, при которой парогазовые пузырьки образуются в зоне минимальных давлений и охлопываются, попадая в зону повышенного давления. Разработаны две основные схемы механизма кавитационного разрушения. [c.405]

Кавитация может возникать в потоке жидкости, имеющем переменное иоле давления, а также вблизи и на поверхности тел различной формы — в местах наибольшего разрежения. Переменное иоле давления создается различным образом в результате изменения скорости потока (движения тела), влияния формы тела, вследствие механических воздействий на жидкость (вибраторы гидроакустических станций). [c.5]

Несмотря на то, что электрохимическая коррозия имеет значение уже в начале инкубационного периода, определяющим фактором является прежде всего механическое воздействие воды при разрушении паровых полостей. Известно, что кавитации подвержены неметаллические материалы, например стекло. Случайные пики давления при разрушении полостей составляют несколько тысяч. мегапаскалей. [c.27]

Основной причиной, вызывающей разрушение материала в процессе кавитации, является, таким образом, механическое воздействие разрушающегося пузырька на ограждающую поверхность. Что же касается химической коррозии, электрохимических явлений и местных повышений температуры, то они являются как бы вторичными процессами, которые в отдельных случаях ускоряют кавитационное разрушение материала. Однако, несмотря на большое количество специальных экспериментов и теоретических исследований, до настоящего времени еще остались нерешенными вопросы, которые препятствуют окончательному пониманию механизма кавитационной эрозии и превращению рабочей гипотезы в точную теорию. [c.28]

Вопрос этот до настоящего времени остается неясным. За последнее время опубликовано довольно большое количество работ, посвященных характеру разрушения материала под воздействием кавитации [4, 5, 21, 77, 111]. Выводы, сделанные на основании этих исследований, зачастую противоречат друг другу. По-видимому, можно предполагать, что образующиеся при кавитационной эрозии крупные раковины или кратеры являются следствием отдельных сильных ударов, а более слабые удары вызывают образование мельчайших раковин и усталостные явления в поверхностном слое. Преобладающий характер того или иного вида разрушения зависит от ряда условий и в первую очередь от физических и механических свойств рассматриваемого материала (см. 7). [c.31]

Ультразвуковой метод обработки является методом механического воздействия на материал, им могут обрабатываться твердые и хрупкие материалы, частицы которых могут выталкиваться при ударе. Ультразвуковая обработка характеризуется образованием выколов при ударе инструмента по частицам абразива и перемещением зерен абразива в рабочем зазоре. Кавитация ускоряет процесс перемещения частиц абразива. [c.179]

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]

Опыт Диксона [5] подтверждает, что вода способна выдержать растяжение свыше 150 атм. Нет априорного основания, почему волны давления гораздо более низкого порядка величины должны вызывать кавитацию. Так как столкновения молекул воды совершаются с частотой порядка 10" сек , динамическое растяжение с частотой 10" сек" не должно существенно отличаться от статического растяжения. Поэтому не следует искать причину образования пузырей под механическим воздействием в линейном растяжении, создаваемом этим воздействием. Иногда предполагают, что кавитация происходит тогда, когда какая-то часть системы движется в воде быстрее звука. Однако упоминавшийся опыт с колеблющимися металлическими пластинами [24] показывает, что подобное объяснение не может быть [c.20]

В связи с исключительной сложностью явления гидроэрозии, обусловленной многообразием процессов, которые развиваются при разрушении металла в жидкой среде, и явления кавитации как основного фактора механического воздействия в настоящее время не представляется возможным разработать общую теорию гидроэрозии хотя бы в первом приближении. Отсутствует также и [c.25]

Под коррозией металла или металлической конструкции подразумевают их разрушение, происходящее под влиянием химического или электрохимического воздействия внешней среды. При этом металл или компоненты сплава переходят в окисленное (ионное) состояние. В результате происходит постепенная, а иногда и достаточно резкая потеря основных функций конструкции. Механическое разрушение, например, излом, или истирание поверхности (эрозия), а также радиоактивный распад металла имеют, в отличие от коррозии, физическую природу. В практике довольно часто встречаются также случаи разрушения металла при совместном коррозионно-механическом воздействии коррозионная эрозия (кавитация), коррозионное растрескивание, коррозионная усталость и др. [c.13]

В потоке воды при обтекании лопастей турбины возникают зоны пониженного давления, в которых образуются пустоты (каверны). В эти пустоты выделяется растворенный в воде воздух, и вследствие пониженного давления вода испаряется. Каверна превращается в пузырек, заполненный паром и воздухом. Когда пузырек попадает с потоком в зону более высокого давления, пар в нем превращается в воду, и в пузырьке остается сильно разреженный воздух. В пузырек устремляется с большой скоростью вода, сжимающая воздух затем воздух снова выталкивает воду, вызывая ее пульсацию. Давление в пузырьках в это время достигает нескольких тысяч атмосфер, получается целая серия гидравлических ударов. Если пузырек образуется у металлической поверхности, то гидравлические удары разрушают металл, делают его ноздреватым. Механическое воздействие гидравлических ударов сопровождается химическим воздействием кислорода воздуха, а также возникающими в пузырьках электрическими разрядами. Явление кавитации сопровождается сильным шумом и металлическим стуком. [c.38]

На фиг. 8.1 схематически показано тело вращения и отмечено положение зоны кавитации указаны также границы алюминиевой вставки и границы поля зрения высокоскоростной кинокамеры. Вставка была изготовлена из чистого алюминия марки 11 Ю-0. Путем тщательной механической обработки ее диаметр точно подгонялся к диаметру носовой части модели из нержавеющей стали. Режущий инструмент имел специальную заточку с тем, чтобы обеспечить как можно большую чистоту поверхности. На фиг. 8.4 приведена типичная микрофотография (с малым увеличением) этой поверхности перед испытаниями. Неизбежные следы режущего инструмента имеют вид ряда сравнительно гладких канавок. Они позволяли выяснить в каждом конкретном случае, имелась ли данная неровность на поверхности в начале испытаний или она появилась в результате воздействия кавитации, а также проследить образование впадин, (мелких кратеров). [c.385]

Даже в тех случаях, когда кавитация оказывает в основном чисто механическое воздействие, сопротивление ему будет зависеть от физических свойств материала и жидкости, а также от параметров течения. Кроме того, между движущейся жидкостью и твердой поверхностью возможны химические и электрохимические реакции, которые в условиях кавитационного течения могут оказывать существенно большее влияние, чем при однофазном течении с той же скоростью. [c.407]

Рассмотрим вначале чисто механические эффекты. Опыты с пластинами из отожженного алюминия, проведенные в Калифорнийском технологическом институте, можно считать типичными для конструкционных материалов, хорошо работающих на растяжение. При измерении интенсивности кавитации такие пластины подвергались лишь сравнительно кратковременному ее воздействию во избежание перекрывания впадин. Выше отмечалось, что при таких кратковременных испытаниях унос металла очень мал, хотя имеются данные, свидетельствующие, что в ряде случаев начальная скорость уноса может быть весьма значительной [32, 40, 41, 60]. Причиной этого могут быть поверхностные включения, различные слабые места и т. п. Период интенсивного начального уноса непродолжителен и не приводит к существенным потерям материала. С другой стороны, если материал подвергается воздействию кавитации в течение более длительного времени, на кривой скорости уноса может появиться второй пик. В ряде случаев за ним может последовать еще ряд пиков. Их появление, возможно, связано с тем фактом, что, как только разрушение становится достаточно большим, оно начинает оказывать влияние на местную структуру течения и, возможно, вызывает образование местных зон кавитации. Вследствие этого скорость уменьшения объема испытываемого образца становится практически непредсказуемой, поскольку она зависит от множества факторов. Это было показано в упомянутых выше испытаниях в трубках Вентури [14] и на вибрационной установке [18], проведенных в Мичиганском университете. Высказывались также предположения [20, 21], что такие пики могут появляться также в результате воздействия усталостного разрушения. [c.407]

Совместным действием механических и химических факторов при кавитации можно объяснить явление, которое вызвало большой интерес. Неоднократно наблюдалось [39], что сравнительно устойчивые к коррозии материалы, например латунь, при воздействии кавитации еще до удаления с их поверхности значительного количества материала могут приобретать окраску, похожую по цвету на окисную пленку. Было высказано предположение, что изменение окраски вызвано нагревом поверхности, хотя никому не удавалось измерить ее температуру (такая попытка была предпринята при испытаниях в трубках Вентури в Мичиганском университете). Однако если учесть охлаждающее действие воды и высокую теплопроводность металлических образцов, то повышение температуры поверхности маловероятно. В то же время внутри эластичных материалов, по-видимому, действительно развиваются высокие температуры. Изменение окраски поверхности металлов, вероятно, связано с окислением, но вызывается оно действием высокого давления в присутствии влаги и кислорода, а не высокими температурами. Тот факт, что окраска изменяется на больших площадях, на которых интенсивность кавитации сравнительно мала, подтверждает предположение, что она связана с низкотемпературным химическим воздействием, а не с сильным нагревом. [c.418]

Рассматривая все известные разнообразные механизмы кавитационного разрушения твердой поверхности, не следует забывать, что во всех случаях важную роль играет механическое воздействие и что экспериментально подтверждена способность кавитации легко разрушать материалы с диэлектрическими свойствами, химически инертные и очень тугоплавкие. В связи с тем что некоторые из этих материалов обладают в то же время очень высокими механическими свойствами, такими, как прочность на разрыв, твердость и т. д., заключаем, что механическое воздействие само по себе может быть достаточно сильным, чтобы разрушить любой обычно применяемый материал. [c.421]

Влияние газа, заполняющего кавитационные полости, следует рассмотреть также с другой точки зрения, а именно с точки зрения возможного влияния на интенсивность механического воздействия. Одним из очевидных параметров интенсивности кавитации является максимальное давление, развивающееся в процессе схлопывания пузырька, и даже поверхностное рассмотрение этого фактора может представлять интерес. Если пренебречь диссипацией энергии, то при схлопывании каверны данного размера под действием определенного давления совершаемая работа должна превращаться в конце схлопывания в ту или иную форму потенциальной энергии. Максимум давления будет достигаться, когда вся энергия превратится в энергию сжатия окружающей жидкости. Если же часть этой энергии [c.421]

Многие известные гипотезы и исследования процессов разрушения относятся только к металлам. Для большинства неметаллических материалов электрические и химические явления не играют роли (во всяком случае, если исследуемой жидкостью является вода). Поэтому в этих случаях кавитация должна оказывать главным образом механическое воздействие. Тем не менее химическое воздействие может быть существенным для материалов, содержащих цемент, например для бетона. Такие материалы имеют определенное сходство с металлами, состоящее в том, что прочность связующего материала уступает прочности агломерата. Бетон, будучи хрупким материалом, имеет относительно большой для неметаллических материалов модуль упругости. Вполне вероятно, что каждый достаточно сильный разрушающий удар вызывает отделение части одной из его составляющих, скорее всего цемента. Частицы песка и щебня отваливаются по мере исчезновения связывающей их прослойки. [c.438]

В ряде случаев высоковольтные электрические аппараты (мощные трансформаторы, реакторы, выпрямители, турбогенераторы) оборудованы системой, в которой циркулирует жидкий диэлектрик. Движение жидкости осуществляется с помощью насоса, чаще всего центробежного типа. Последний при неблагоприятном стечении обстоятельств может подвергаться значительным механическим воздействиям, возникающим при кавитации жидкости. [c.84]

В результате особого вида коррозионно-механического воздействия на металл возникает разрушение, называемое коррозионной кавитацией. Онк является следствием энергичного меха- - [c.40]

Для очистки деталей топливной аппаратуры, карбюраторов, электрооборудования, элементов масляных фильтров, подшипников и других малогабаритных деталей, особенно сложной конфигурации, успешно используются ультразвуковые установки. Ультразвуковая очистка деталей осуществляется вследствие механического воздействия на загрязненную поверхность от кавитации, проходящей в жидкости в ультразвуковом поле при колебании с частотами, превышающими 0,2 МГц. Ударные волны, образующиеся при захлопывании кавитационных пузырьков, разрушают жировые пленки и другие загрязнения, покрывающие поверхность деталей. Оторвавшиеся частицы загрязнений удаляются непрерывным потоком жидкости, создавае.мым ультразвуковыми колебаниями. [c.236]

Под действием ультразвука ускоряется также процесс мойки ткани. Здесь, по-видимому, наряду с ускорением диффузионных процессов существенную роль играет и механическое воздействие, вызываемое кавитацией. На рис. 78 показаны три образца ткани, загрязненной стан- [c.130]

Кавитационная эрозия появляется главным образом в результате импульсного механического воздействия гидравлических ударов потока жидкости на поверхность металла. Кавитации подвержены гребные винты, лопасти и камеры проточного тракта гидротурбин, рабочие колеса и камеры различных гидромашин. [c.700]

Большое внимание в книге уделено вопросам методики моделирования кавитационных течений (гл. 2, 6). В частности, в гл. 6 подробно обсуждаются различные точки зрения на так называемый масштабный эффект в различных стадиях развития кавитации. В гл. 7 собраны и обстоятельно рассмотрены вопросы влияния кавитации на гидродинамические характеристики элементов конструкций различных аппаратов и гидромашин (гидрокрылья и стойки, направляющие лопатки, решетки и т. д.). В гл. 8 рассмотрены вопросы механического воздействия кавитации на материалы. [c.7]

Так как кавитация, создаваемая в установке Хольтвудской лаборатории, была очень интенсивной, то разрушение происходило за сравнительно короткое время. Поэтому предполагалось, что в лабораторных условиях коррозия играла гораздо меньшую роль, чем в реальных условиях при использовании того же материала в гидравлических установках. Однако оказалось, что и коррозия играет некоторую роль, причем ее воздействие можно отличить от чисто механического воздействия кавитации. Предполагалось, что влияние коррозии на усталостное разрушение в основном сводится к созданию множества точек концентрации напряжений, которые вызывают появление усталостных трещин и ускоряют их развитие. Следовательно, стойкие к кавитационному воздействию материалы должны обладать [c.432]

В работе Бётчера — Мауссона не обсуждается другой важный вопрос, а именно возможность ослабления совместного воздействия кавитации и коррозии с помощью катодной защиты , предложенной Петраччи [55] и позднее подробнее исследованной Плессетом [58]. Этот метод может оказаться весьма эффективным в таких агрессивных средах, как морская вода, при ограниченной интенсивности механического воздействия кавитации. [c.444]

Ячшение коррозионной кавитации (механическое воздействие оказ явает сама коррозионная среда) также близко по характеру разрушений к механизму коррозионной усталости, хотя действие механических напряжений ограничено отдельными зонами. Этот вид оазрушения приводит к образованию местных глубоких язвин, что, например, наблюдается у гребных шипов. [c.101]

Стойкость к коррозионной кавитации зависит как от коррозионной стойкости, так и прочности металла. Самоупрочняющнеся стали обладают высокой стойкостью к коррозионной кавитации (табл. 8). Так, у хромомарганцовой стали марки 30Х10Г10 в результате механического воздействия происходит распад нестабильного аустенита и превращение его в мартенсит, что способствует высокой стойкости этой стали к коррозионной кавитации, в то время как стойкость хромоникелевой нержавеющей стали марки 1Х18Н9Л со структурой стабильного аустенита значительно меньше. [c.18]

Под коррозионной стойкостью понимают способность материала сопротивляться различным видам коррозионного воздействия, среди которых к наиболее важным относятся следующие общая коррозия, структурно-избирательная коррозия (межкристаллит-ная, ножевая, язвенная и другие виды местных повреждений), коррозионно-механическое воздействие на материал (коррозион- ное растрескивание, коррозионная усталость). Анализ повреждений материала показал следующие цифрыразрушениятехнологичес-. кого оборудования под воздействием коррозии (по данным ВНИИ-химмаша) общая коррозия — 31% межкристаллитная—10% язвенная — 16% кавитация, эррозия —9% коррозионное растрескивание — 22% другие виды—12%. [c.122]

Однако последние наблюдения позволяют заключить, что кавитация и кавитационное разрушение поверхностей деталей гидроагрегатов происходит в основном в результате механического воздействия на них гидроударов при смыкании воздушных кавитационных каверн (пузырьков), а также в результате воздействия на поверхности развивающихся при этом высоких температур. Механизм явления схематически можно представить в следующем виде. При попадании расширившихся в зоне пониженного давления воздушных пузырьков в зону повышенного давления они с большой скоростью (скачкообразно) смыкаются (захлопываются), причем более мелкие из них растворяются в жидкости, а более крупные резко у.мень-шаются в объеме. Теоретические расчеты показывают, что скорости встречи стенок смыкающегося пузырька (каверн) могут достигать нескольких сотен метров в секунду. При этом частицы жидкости перемещаются с большей скоростью к центру пузырька, в результате чего кинетическая энергия этих частиц вызывает местные гидравлические удары с большими, мгновенно нарастающими забросами ударного давления в центре пузырька. [c.47]

При коррозионных растрескивании и усталости основное воздействие механического фактора определяется действием растягивающих напряжений первого рода, т. е. напряжений макромасштабных, уравновешиваемых в объемах, соизмеримых с размерами детали. Для разрушений типа кавитации основную роль играют напряжения второго рода, т. е. микронапряжения, уравновешивающиеся в пределах элементов структуры металлов. При эрозии или истирающей коррозии характерно воздействие напряжений третьего рода (субмикромасштабных), уравновешивающихся в пределах элементов кристаллической решетки. Механическое воздействие в этом случае распространяется, главным образом, на поверхностные слои атомов структуры металлов или оксидные пленки. [c.109]

Для повышения устойчивости к коррозионной кавитации важны как высокая коррозионная устойчивость материала, так и его механические свойства. Коррозиониостойкие стали наиболее устойчивы к кавитационному разрушению благодаря их вязкости, гомогенности, мелкозернистости структуры, достаточной прочности и пластичности, способности к деформационному упрочнению поверхности при воздействии кавитации. [c.119]

Согласно всем имеющимся данным, основной механизм сопротивления материалов кавитационному воздействию связан с механическими напряжениями. Схлопывание каверны независимо от того, обусловлен ли механизм разрущения образованием ударной волны или микроструйки (гл. 8), вызывает на поверхности материала нормальные напряжения. Сдвиговые напряжения в материале, возникающие вследствие неравномерного распределения давления, могут привести к пластической деформации или появлению кристаллических дислокаций. Механические напряжения могут вызвать также усталостное раз-рущение, которое может стать причиной кавитационного разрушения в случае малых пластических деформаций. Хрупкие материалы могут растрескиваться вследствие неравномерности нагружения при кавитации. Химическое и электромеханическое воздействия кавитации, по-видимому, сильнее всего проявляются на кристаллических материалах. Скорость реакций будет наибольшей на границах зерен и на вновь образовавшихся поверхностях, как в случае кристаллических дислокаций. [c.430]

Калифорнийский технологический институт. Плессет [60—62] разработал и построил магнитострикционную установку с вибратором, имеющим экспоненциальный профиль, который обеспечивал рабочую частоту 14,2 кГц и двойную амплитуду колебаний 50,8 мкм. Этот вибратор обладает уникальными свойствами, так как позволяет проводить испытания в условиях пульсирующей кавитации, когда продолжительность кавитационного режима, сравнимая с суммой времен импульсов, составляет лишь небольшую часть времени испытания образца. Плессет проводил такие испытания для изучения связи между коррозией и механическим воздействием при кавитационном разрушении. На ней же он изучал действие катодной защиты , описанной в разд. 8.13, 9.3. Установка приспособлена для проведения испытаний только при температуре и давлении окружающей среды. [c.455]

Гидротехнические металлоконструкции подвергаются воздействию электрохимических, химических и биологических факторов, часто в сочетании с механическим воздействием водото а в виде динамического действия текущей воды, истирания наносами и кавитации. При этом различные элементы конструкций находятся в напряженном состоянии, диапазон которого бывает весьма велик. [c.87]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...