Паровая каверна

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]

Заметим, что приведенные соображения относятся только к динамическому подобию газовых и паровых каверн при одинаковых прочих условиях. В других условиях каверны значительно отличаются. Нарушение подобия приобретает особенно важное значение при сравнении уменьшенных моделей с натурными объектами в этом случае кроме равенства значений числа кавитации К необходимо пропорциональное изменение поверхностного натяжения. [c.66]

Фиг. 3.3. Равновесие газовой или паровой каверны в гидрофобной трещине.

ПАРОВАЯ КАВЕРНА В НЕСЖИМАЕМОЙ ЖИДКОСТИ. УЧЕТ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ И ПОЛЯ ПЕРЕМЕННОГО ДАВЛЕНИЯ [c.131]

Фиг. 5.31. Осесимметричная стационарная паровая каверна за сферой в вертикальном потоке [71].

Фиг. 5.33. Зависимость длины /с и максимального диаметра макс симметричных паровых каверн на дисках от числа кавитации К [71].

В прямолинейном канале паровые каверны образуются по всему поперечному сечению, как только давление уменьшится до давления насыщенного пара, вследствие чего для всех точек поперечного сечения К=0- Образование пузырьков подобно происходящему в неподвижном сосуде жидкости, когда давление над поверхностью жидкости становится меньше давления насыщенного пара. В этом случае скорость равна нулю и пузырек образуется и растет непрерывно, не схлопываясь, как при кипении. [c.332]

Обычно стационарные гидродинамические характеристики тел, свободно движущихся в жидкости, можно удовлетворительно исследовать в универсальных гидродинамических трубах или в трубах со свободной поверхностью. Напротив, нестационарные присоединенные каверны, образующиеся за телами, пересекающими поверхность раздела жидкости и газообразной атмосферы, имеют особые нестационарные характеристики, рассматриваемые в гл. 12. В процессе образования такие каверны заполнены газом. Они могут оставаться заполненными газом в течение всего времени существования или превращаются в паровые каверны перед тем, как исчезнуть, в зависимости от изменения скорости с глубиной на последних стадиях подводного движения. Более того, траектория тела зависит от соотношения гидродинамических сил и ориентации тела в различные моменты времени. При самом прямом методе исследования этой задачи тело выстреливают в газообразной атмосфере над поверхностью раздела с соответствующей скоростью, углом наклона траектории и ориентацией и наблюдают за его движением и поведением каверны. Для исследования на уменьшенных моделях может потребоваться также моделирование атмосферного давления с помощью газов, отличающихся от воздуха (разд. 12.4). Такие эксперименты проводятся в баллистической камере с регулируемой атмосферой. [c.587]

Как уже указывалось, кавитация относится к очень общим явлениям и не ограничивается только паровыми кавернами. Каверны могут быть заполнены газом при любом возможном давлении. В гл. 5 отмечается, что основные особенности стадий развитой газовой присоединенной или вихревой кавитации можно описать с помощью параметра Къ, представляющего собой параметр К, в который вместо давления пара подставлено давление газа. Поэтому, за исключением некоторых масштабных эффектов, картина течения должна быть одинаковой в случае газовых и паровых каверн, если Кь К одинаковы. [c.652]

Между фазами газовой и паровой каверны нет резкого перехода. Последующее поведение паровой каверны не отличается от поведения газовой каверны в первом случае. Если замедление происходит достаточно медленно, каверна продолжает укорачиваться до тех пор, пока не исчезнет совсем. При достаточно быстром замедлении каверна может отделиться от тела, как было описано выше. Процесс схода каверны с тела происходит аналогично отрыву каверны в конце каждого цикла квазистационарной паровой кавитации, описанной в гл. 5. [c.661]

Из уравнения (П.И) видно, что при а О скорость а а Таким образом, в пределе теоретически пред сказываются бесконечные скорости (а, следовательно, и деления) захлопывания. Как будет показано ниже (см. гл. XV п. 6), очень высокие давления действительно возникают, и кавитационное разрушение практически связано с захлопыванием паровых каверн ). Однако обсуждение действительных условий этого явления связано с учетом большого числа физических переменных, которые нами не принимались во внимание (см. также ниже п. 3.13), и поэтому мы пока отложим рассмотрение этого вопроса. [c.308]

Интересная родственная задача струйных течений, для которой также выполняются условия (11.17а) и (11.176), связана с импульсным ускорением паровой каверны в покоящейся жидкости. В этом случае постоянство объема каверны не предполагается и задача математически эквивалентна задаче о проводнике в электростатике. [c.318]

В случае небольших паровых каверн поверхностное натяжение играет важную стабилизирующую роль и, кроме того, 6 < О, поэтому неустойчивость по Тэйлору отсутствует. Тем не менее, вследствие отрицательного демпфирования (6<0) амплитуда последовательных колебаний возрастает приблизительно как Следовательно, захлопывание кавитационных пузырьков теоретически также неустойчиво °). [c.326]

Углубленное изучение явления привело к выводу, что кавитационное разъедание вызывается захлопыванием паровых каверн, соприкасающихся с твердыми стенками, при их возвращении в зону с положительным давлением после прохождения через кавитационную зону с отрицательным давлением. Действительно, согласно простой теории Рэлея о захлопывании идеального сферического пузырька в несжимаемой жидкости (гл. XI, п. 1,2), пиковое давление бесконечно велико. Иначе говоря, конечная величина полной энергии выделяется как бы в одной точке. [c.408]

Отделение пузырьков. Размеры и форма паровых каверн за дисками при О < 0,4, по-видимому, вполне определяются [1, фиг. 23] числом кавитации [c.413]

Рассмотрим модель течения в шнеке постоянного шага. Решетка такого шнека (см. разд. 2.10.3) является решеткой пластин (рис. 2.49). Возьмем решетку на среднем радиусе шнека. При некотором давлении на нерабочей стороне пластины, вблизи входной кромки, в зоне пониженного давления возникает присоединенная паровая каверна 1 (рис. 3.56, а), замыкающаяся на длине в области повышенного давления. Струйки жидкости, прилегающие к каверне, огибая ее, как плохообтекаемое тело, отрываются и образуют за ней вихревой след 2. Из-за отрыва потока давление в следе понижено. Это приводит к подсосу в области следа 2 жидкости из невозмущенного потока и смещению ее с жидкостью в зоне отрыва, в результате чего давление в следе увеличивается по направлению к выходной кромке и вихри исчезают на длине сл- След разрушается в пределах решетки. [c.191]

В настоящее время отсутствует строго обоснованное объяснение механизма кавитационного разрушения. Наиболее широко распространена гипотеза, основанная на базе парового происхождения кавитационных каверн (см. стр. 45), согласно которой разрушение в основном происходит, как уже было указано, в результате местных гидравлических ударов, обусловленных соударением частиц жидкости в момент завершения конденсации пузырьков пара, находящихся в момент конденсации в непосредственной близости от стенки канала. Согласно этой гипотезе частицы жидкости, ударяясь о стенку, образуют на ее поверхности сначала микроскопические углубления, которые являются очагами дальнейшего разрушения материала. Указанные ударные действия частиц жидкости дополняются химическим воздействием на металл обогащенного кислородом воздуха, выделяющегося из жидкости, а также воздействиями электролитического характера. [c.47]

Наибольшее распространение и солидное подтверждение в настоящее время находит механическая теория, объясняющая эрозионное разрушение при кавитации непосредственными и многократно повторяющимися гидравлическими ударами струек жидкости, возникающими при деформации паровых пузырьков [Л. 174, 175]. На базе опытных данных показано, что захлопывание пузырька происходит неравномерно со всех сторон при этом появляются отдельные струйки, входящие внутрь каверны и ударяющие по поверхности твердого тела. Схема захлопывания пузырька и образования внутренних струек жидкости показана на рис. 13-4. Размеры струек весьма малы и соизмеримы, по-видимому, с размерами отдельных структурных составляющих металла. В этом случае зоны максимальных напряжений также малы, а величины напряжений могут превы-шать предел текучести материала. В результате длительной и многократной бомбардировки струйками поверхности образца происходит образование микроскопических трещин, которые со временем растут, приводя к выкрашиванию металла. [c.359]

Оторвавшаяся от пограничного слоя струи капля в момент отделения имеет скорость, близкую к 0. Выше показано, что в осевом направлении капля весьма быстро разгоняется до скорости, близкой к скорости парового потока. В то же время при отбрасывании капли на стенку решающую роль играют вихри, образующиеся в кормовой части струи, а также радиальная составляющая динамического воздействия парового потока, обусловленная несимметричностью капли. В этом случае радиальная составляющая скорости будет иметь значительно большую величину, чем это следует из уравнения (11). Вследствие сложения рассмотренных сил, действуюш,их на каплю, она попадает на стенку под острым углом. Это подтверждается кавернами, которые имеют профиль, схематично показанный на рис. 2. В осевом направлении край каверн (второй по ходу пара) более крутой. Очевидно, что механическое воздействие мелкодисперсной влаги тем заметнее, чем больше скорость соударения капли со стенкой. В [2] показано, что уже при скорости капли, равной 125 м/с, возможен эрозионный износ. [c.98]

Так как процесс конденсации парового пузырька (каверны) происходит практически мгновенно, частицы жидкости, заполняющие его полость, перемещаются к его центру с большой, все нарастающей скоростью. В результате кинетическая энергия соударяющихся частиц жидкости вызывает в момент завершения конденсации (в момент смыкания пузырьков) местные гидравлические удары, сопровождающиеся резкими повышениями в центрах конденсации давления и температуры. [c.92]

Кавитация возникает сначала в виде мельчайших паровых или газовых пузырьков, которые быстро растут, образуя перемещающиеся каверны. В результате перемещения из области пониженного давления в область более высокого давления эти пузырьки захлопываются . На рис. 15-20,а [Л. 19] приведена фотография (с 20-микро- [c.418]

Неспособность выдерживать действие больших растягивающих напряжений, приводящая при значительном понижении давления к кавитации, т. е. к потере сплошности и образованию внутри жидкости паровых или газовых каверн, является фундаментальным свойством всякой жидкости. Поэтому кавитация столь широко распространена в сфере практической деятельности человека, сколь многообразны силовые воздействия, которым подвергаются жидкости. Это в первую очередь относится к элементам быстроходных судов и кораблей, а также различных лопастных механизмов гидротурбин, насосов, гребных винтов и т. д. В специальных гидравлических системах в энергетике, химической промышленности, авиационной и ракетной технике используется и перекачивается широкий ассортимент жидкостей в разнообразных температурных условиях—-от расплавленных металлов до криогенных жидкостей. Уменьшение давления, приводящее к появлению растягивающих напряжений и разрывов сплошности, часто происходит не только в условиях вынужденного движения, но п в статических условиях в системах, полностью или частично заполненных жидкостью. [c.5]

К этой главе. Измерения угла смачивания между жидкостями и твердыми телами показывают, что ни одна жидкость не смачивает ни одно твердое тело полностью, но все жидкости в какой-то поддающейся измерению степени смачивают твердые тела [1, 2]. Эксперименты, в которых эффективная прочность жидкостей на разрыв определялась путем охлаждения заполненной стеклянной трубки, показывают, что эта связь может быть очень сильной, поскольку она заведомо должна быть не слабее измеренных разрывающих напряжений. Для всех упомянутых выще жидкостей поверхность стекла является хорощо смачиваемой (гидрофильной). В тех же случаях, когда смачиваемость мала (гидрофобные поверхности), в зоне контакта, по-видимому, образуются слабые места , так как каверны в первую очередь возникают на поверхности твердого тела. Так, при нагревании воды в металлическом сосуде паровые пузырьки сначала появляются на стенках сосуда даже в том случае, когда температура стенки равна температуре жидкости. [c.82]

При местном падении давления в потоке наблюдается также явление выделения растворенного в жидкости газа (воздуха). Воздушные пузырьки переносятся потоком в область более высокого давления и уничтожаются не так быстро, как паровые. Поэтому выделение воздуха (или газа), растворенного в жидкости, не приводит к столь сильному кавитационному разрушению материалов рабочих элементов гидротормоза. Более того, воздушные пузыри препятствуют резкому возрастайте давления при разрушении паровых каверн. Поэтому в случае содержания в рабочей жидкости большого количества воздуха кавитационные разрушения не п.меют столь катастрофического характера, как у жидкости с малыг процентным содержанием растворимых газов [22]. [c.35]

Механизм влияния несмешивающихся жидкостей не совсем ясен. Уэйл и Марбоу [57] сообщили об интересном опыте, который дает некоторое качественное представление об относительном влиянии смоченных твердых поверхностей в несмешивающихся жидкостях на понижение прочности воды на разрыв. Были проведены эксперименты с парафином в воде, в которых кипение вызывалось путем понижения внешнего давления, и определена разность между давлением насыщенного пара при температуре воды и давлением в системе, при котором на поверхности раздела между парафином и водой образовывались паровые каверны. Оказалось, что в том случае, когда парафин существовал в твердой фазе, паровые каверны образовывались на поверхности раздела при давлении в системе, равном давлению насыщенного пара. Когда же температура повышалась до точки плавления парафина, то в исследуемом интервале давлений каверны не образовывались. [c.82]

Плессет [37] использовал уравнения (4.19) и (4.21) для изучения паровой каверны при постоянных значениях параметров рп, аир, когда р определяется полем гидродинамического давления. Он применил свой метод для расчета кавитационных пузырьков, наблюдавшихся на оживальной головной части снаряда, описанного в разд. 4.2 и показанного на фиг. 4.1. Предполагая, что при малой плотности пузырьков в качестве Роо можно использовать давление при отсутствии кавитации, численным интегрированием получим результаты, подобные представленным на фиг. 4.5 и 4.6. Результаты расчета сравниваются с экспериментальными данными по развитию пузырька в начале и в конце периода роста. Расчетное время схлопывания несколько меньше, чем измеренное. Плессет объяснял несоответствие в начале периода роста пузырька близостью стенки. Заметим, однако, что расчетное значение конечного времени схлопывания согласуется с решением Рэлея. Совпадение по порядку величины свидетельствует, что изменение температуры на стенке пузырька под действием тепла, выделяющегося при конденсации пара в процессе схлопывания, не превышает 1 °С. Следовательно, предположение о постоянстве значения рп, вероятно, оправданно, за исключением самого конца фазы схлопывания. В течение этого периода пар ведет себя подобно газу, давление возрастает, а скорость схлопывания снижается. Заметим также, что в предположении постоянного давления в каверне получается бесконечно большая скорость схлопывания, в то время как с учетом увеличения давления в каверне получается конечное значение скорости. [c.132]

Если длина паровой или газовой каверны становится очень большой по сравнению с размерами тела, то ее называют суперкаверной. Суперкаверны образуются 1) вследствие роста присоединенной каверны или 2) вследствие вытеснения жидкости из гидродинамического следа за счет развития паровой кавитации, как в примерах, описанных в предыдущем разделе, или за счет подвода газа в области низкого давления в следе. При вдуве газа число кавитации уменьшается при неизменной скорости и абсолютном давлении. Это следует из формулы (2.3), где../Сь — число кавитации, выраженное в более общем виде через давление в пузырьке, а не через давление насыщенного пара. Каверны, поддерживаемые за счет подвода газа, называются вентилируемыми. Если в каверну подводится слишком много газа, то она может стать неустойчивой. В этом случае на ее поверхности возникают волны, и она пульсирует по длине и ширине. Другими словами, вентилируемые и паровые каверны, по-видимому, имеют много общего и обе по мере роста становятся более устойчивыми, чем более короткие присоединенные каверны. [c.220]

Важной характеристикой суперкаверны является положение точки отрыва потока от тела. Если нет острой кромки, фиксирующей точку отрыва, то нельзя точно сказать, где именно он произойдет. Экспериментально установлено, что в случае сравнительно тупых тел отрыв течения с образованием паровых каверн происходит вблизи той точки поверхности, в которой давление падает до давления насыщенного пара. В действительности положение точки отрыва зависит от размеров тела, так как поверхностное натяжение больше в случае малых каверн, [c.221]

На фиг. 5.31 показана каверна конечных размеров за сферой при /С=0,06. Она была получена в вертикальной гидродинамической трубе со свободной струей [12] Селфом и Рипкеном [71]. Хорошо видна обратная струя, о которой говорилось в разд. 5.4.2. На фиг. 5.31, а эта струя движется внутри каверны вперед. При малом значении параметра К и большой длине каверны струя не достигает начала каверны и каверна не наполняется целиком. На фиг. 5.31,6 струя теряет составляющую количества движения в вертикальном направлении и начинает падать вниз. Верхний конец такой длинной каверны стационарный, гладкий и прозрачный. Наполнение и отрыв более коротких каверн приводят к возникновению регулярных пульсаций течения. Ширину и длину осесимметричных паровых каверн измеряли Селф и Рипкен. Были проведены эксперименты с телами размером от 6,36 до 50,8 мм при скоростях от 12,2 до 15,3 м,/с. Соответствующие числа Рейнольдса составляли от 0,4-10 до 4,0-10 . [c.235]

Фпг. 5.32. Зависимость длины и и максимального диаметра с макс симметричных паровых каверн на сферах от числа кавитацни К [71]. [c.237]

По-видимоыу, гистерезис, задержка по времени и наблюдаемые расхождения вследствие моделирования формы и параметров потока связаны с содержанием газа в исследуемой жидкости, а также концентрацией и характеристиками газовых ядер, присутствующих в жидкости и на поверхности твердого тела. Рассмотрим вначале явление гистерезиса. Характер впервые обнаруживаемой кавитации зависит от используемого экспериментального метода. При исчезновении кавитации наблюдаются скопления пузырьков, периодически разрушающихся подобно паровым кавернам с частотой в несколько циклов в секунду. (Эта начальная стадия называлась периодической [39] до появления термина исчезновение кавитации.) И наоборот, при проведении эксиериментов с уменьшением параметра К, начиная от бескавитационных условий, было обнаружено, что первым признаком кавитации при некотором значении /С, обычно является узкая и, по-видимому, устойчивая непрерывная линия или полоса. (Эта начальная стадия кавитации называлась стацио- [c.264]

При понижении входного давления развитие кавитации проявляется в увеличении ширины и длины паровой каверны и следа. При определенном давлении каверна со следом занимают уже всю длину лопатки (см. рис. 3.56, б) и след размывается потоком за решеткой. Площадь проходного сечения межлопаточного канала уменьшается, скорость Шзср увеличивается, окружная составляющая С2и и теоретический напор снижаются (см. рис. 3.50 и 3.56, б). Дальнейшее уменьшение входного давления приводит к скачкообразному увеличению длины каверны с выходом ее границы за пределы решетки (см. рис. 3.56, в). Происходит отрыв потока жидкости от нерабочей стороны лопатки. Наступает суперкавитационное (отрывное) течение в решетке. Предшествующее ему по давлению течение называется предсуперкавитационным. Это течение соответствует срывному режиму работы шнека. Срывной кавитационный режим по [c.191]

Если давление насыщенных паров Р в кавитационных пузырьках меньше давления P низконапорной среды, то под действием разности этих давлений происходит схлопывание - коллапс пузырьков и каверн кавитационной области. Под действием давления Р,. низконапорная среда занимает объем этих кавитационных пузырьков и каверн. Низконапорная среда, проникая из окружающего пространства в потенциальное ядро струи, состояпще из высоконапорной кавитирующей жидкости, образует вместе с последней турбулентный пограничный слой струйного течения. Таким образом, данное струйное течение состоит из потенциального ядра кавитирующей жидкости и турбулентного пограничного слоя, содержащего смесь низконапорной и высоконапорной сред. После полного замещения низконапорной средой паровой фазы в пузырьках и кавернах кавитационного потенциального ядра струйное течение, начиная от сечения 0-0 (см. рис. 5.1, б), приобретает структуру свободной турбулентной струи, параметры которой за сечением 0-0 рассчитываются по методу в гл. 4, а процесс эжекции низконапорной среды кавиз ирующей жидкость описывается следуюпщй системой уравнений, в которую входят уравнения [c.148]

О природе кавитации и механизма ее разрушительного действия на гидравлические агрегаты и их элементы существует несколько гипотез, наиболее распространенная из которых сводится к следующему. При понижении давления в какой-либо точке потока жидкости ниже давления насыщенных ее паров при данной температуре жидкость вскипает (происходит ее разрыв), выделившиеся же пузырьки пара увлекаются потоком и переносятся в область более высокого давления, в которой паровые пузырьки конденсируются (смыкаются). Так как процесс конденсации парового пузырька (каверны) происходит мгновенно, частицы жидкости перемещаются к его центру с большой скоростью, в результате кинетическая энергия соударяющихся частиц жидкости вызывает в момент завершения конденсации (в момент смыкания пузырьков) местные гидравлические удары, сопровождающиеся резкими забросами давления и температуры в центрах конденсации. Если конденсация паровых пузырьков будет происходить у стенки канала, то последняя будет подвергаться со стороны движущихся частиц жидкости непрерывным гидравлическим микроударам. В результате при длительной кавитации под действием указанных гидравлических ударов и одновременном воздействии высокой температуры, развивающейся в центрах конденсации, происходит поверхностное разрушение (эрозия) деталей. [c.45]

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]

Другое наблюдение, связанное с прочностью жидкости на разрыв, было сделано при изучении процессов кипения. В химической промышленности уже давно известно нежелательное явление бампинга, при котором некоторые объемы жидкости, по-видимому, перегреваются до тех пор, пока не разовьются напряжения, необходимые для разрыва жидкости. В результате возникает кипение во всем объеме, нередко сопровождающееся колебаниями. Такая же проблема существует и для жидких металлов. Разрыв может быть весьма резким и вызвать нежелательные усложнения процесса. Поэтому были разработаны методы предотвращения бампинга, сущность которых состоит в том, чтобы обеспечить условия, при которых внутренние каверны, т. е. паровые пузырьки, образуются сразу же по достижении равновесного значения температуры жидкости, соответствующего давлению в системе. Эти методы заключаются в основном в создании достаточно большого числа центров кипения в жидкости, например, путем введения различных посторонних примесей. [c.79]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...