Перемещающаяся кавитация каверны)

Под перемещающейся кавитацией понимают образование и перемещение в потоке отдельных пузырьков и каверн, которые могут расширяться или схлопываться. Такие переносимые пузырьки и каверны могут образоваться или на поверхности тела в точках минимального давления или в ядрах движущихся вихрей. [c.399]

На фиг. 1,5 показан пример перемещающейся кавитации, возникающей в окрестности минимума давления на поверхности тела. На кадрах, полученных с помощью высокоскоростной киносъемки, видна серия почти сферических каверн, далеко [c.19]

Перемещающаяся нестационарная кавитация и присоединенная кавитация имеют одно общее свойство в обоих случаях благодаря образованию полостей снимается растягивающее напряжение, которое создается в жидкости в начале зоны кавитации. В общем случае перемещающаяся кавитация проще присоединенной. Однако часто очень трудно отделить перемещающуюся кавитацию от присоединенной, при которой имеются перемещающиеся каверны, захватываемые жидкостью при движении вдоль поверхности основной каверны. [c.22]

При вихревой кавитации каверны наблюдаются в центре вихрей, образующихся в зонах, где имеются большие касательные напряжения. (В этом случае каверны могут быть перемещающимися или присоединенными.) Вихревая кавитация была обнаружена раньше других типов кавитации, так как она часто возникает на концах лопастей гребных винтов. Этот тип кавитации часто называют концевой кавитацией. На фиг. 1.8 приведена фотография, полученная с помощью высокоскоростной киносъемки, на которой показана присоединенная вихревая кавитация на гребном винте. Следует отметить, что относительно вращающегося винта этот тип кавитации значительно ближе к установившейся, чем любой из предыдущих типов. Концевая кавитация возникает не только на гребных винтах при обтекании внешним потоком, она также встречается и в каналах, например на концах лопастей осевых насосов. Концевая кавитация не является единственным примером вихревой кавитации. На фиг. 1.9 показана кавитация в следе за телом, образовавшемся вследствие отрыва пограничного слоя от сферы. В этом случае кавитация возникает не на поверхности тела и не вблизи него, а на границе зоны отрыва потока. Это кавитация вихревого типа. Поскольку течение очень неустойчиво. [c.23]

В гл. 1 были определены четыре различных типа кавитации перемещающаяся кавитация, присоединенная кавитация, вихревая и вибрационная кавитации. Основной особенностью перемещающейся и вибрационной кавитации является нестационарный рост и схлопывание отдельных каверн или пузырьков. Кроме того, нестационарные каверны могут существовать также и в случае присоединенной кавитации, а также вихревой кавитации. В любом случае существования нестационарных пузырьков, если их концентрация достаточно мала, каждый пузырек ведет себя независимо от других. Поэтому поведение отдельного пузырька на протяжении простого цикла расширения и схлопывания представляет интерес для всех типов кавитации. [c.120]

По крайней мере в некоторых случаях около одной и той же направляющей поверхности в одинаковых условиях могут развиваться как перемещающаяся кавитация, так и присоединенная кавитация в зависимости от физических свойств жидкости и содержащихся в ней примесей, главным образом от типа ядер кавитации. В тех случаях, когда степени кавитационной зоны одинаковы при одинаковых значениях /С, распределение давления на теле подобно для обоих типов кавитации. При этом сопротивление для обоих типов должно быть одинаковым, поскольку его можно рассчитать по распределению давления. Потери энергии также должны быть одинаковыми, и для пульсирующей каверны их величина определяется по уравнению (7.6). [c.324]

Таким образом, возникает вопрос о механизме потерь энергии в условиях перемещающейся кавитации, так как в этом случае отсутствует возвратное течение, позволяющее объяснить эти потери. Согласно простейшей гипотезе, объем каверн, образующихся в единицу времени, одинаков в обоих случаях и работа, затраченная системой на образование этих каверн, одинакова независимо от типа кавитации. Часть этой работы, которая не возвращается в систему, представляет потери энергии. В случае присоединенных каверн эти потери определяются влиянием вязкого трения в процессе смешения, вызванном возвратным течением. В случае перемещающейся кавитации энергия, требуемая для создания радиального течения около каждой пульсирующей каверны, не полностью возвращается в основной поток, а частично рассеивается вследствие вязкого трения и расходуется на образование сферических ударных волн. [c.324]

В случае перемещающейся кавитации разрушение начинается и достигает наибольшей силы в точке первого схлопывания. Если бы кавитацию можно было наблюдать визуально, то точка первого схлопывания соответствовала бы концу каверны. Однако имеются некоторые качественные данные, свидетельствующие, что вниз по течению от первой зоны разрушения иногда могут существовать вторая и третья зоны интенсивного разрушения, разделенные промежутками слабого разрушения или полного его отсутствия. Сказанное подтверждается кино-граммами, полученными с помощью высокоскоростной съемки испытаний в гидродинамической трубе Калифорнийского технологического института, в соответствии с которыми многие перемещающиеся каверны (пузырьки) схлопываются и возникают вновь по нескольку раз. При этом каждое схлопывание может служить потенциальным источником разрушения. Произойдет ли разрушение в действительности, зависит от того, достаточно ли велико повышение давления, чтобы разрушить материал поверхности, вдоль которой течет жидкость. [c.383]

Перемещающаяся кавитация представляет собой тип кавитации, при которой в жидкости образуются отдельные нестационарные каверны или пузырьки, движущиеся вместе с ней, одновременно расширяясь, сокращаясь и затем схлопываясь. Такие перемещающиеся нестационарные пузырьки могут возникать в точках низкого давления на твердой границе и в объеме жидкости либо в ядре движущихся вихрей, либо в области вязкого течения с высоким уровнем турбулентности. Перемещение этих каверн при такой кавитации является их отличительной особенностью по сравнению с другими типами нестационарных каверн. При визуальном наблюдении невооруженным глазом перемещающаяся кавитация может показаться сплошной квазистационарной кавитационной зоной. Каверны непрерывно уносятся со скоростью, равной местной скорости потока, увеличиваются в зоне пониженного давления и начинают сразу же схлопываться, как только попадают в зону с давлением, превышающим давление насыщенного пара. Схлопывание часто сопровождается рядом повторных расширений и схлопываний, вызывающих пульсации давления [53]. [c.7]

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]

Основными факторами, влияющими на возникновение и последующее развитие кавитации в потоках жидкости, являются форма границ течения, параметры течения (абсолютное давление и скорость) и критическое давление Ркр, при котором могут образовываться пузырьки или возникать каверны. Однако, как показано в следующих главах, на зависимость критического давления от формы границ, давления и скорости могут существенно влиять другие факторы. К ним относятся свойства жидкости (например, вязкость, поверхностное натяжение, параметры, характеризующие испарение), любые твердые или газообразные примеси, которые могут быть взвешенными или растворенными в жидкости, и состояние граничных поверхностей, включая их чистоту и трещины, в которых могут находиться нерастворенные газы. Кроме динамики течения для больших перемещающихся или присоединенных каверн существенное значение имеют градиенты давления, обусловленные силами тяжести. Наконец, физические размеры границ течения могут оказывать существенное влияние не только на размеры каверн, но и на зависимость от некоторых параметров основного течения и течения в пограничном слое. При выводе критерия подобия невозможно учесть все эти факторы. Поэтому обычно на практике используют основной параметр, выведенный из элементарных условий подобия, и учитывают влияние других факторов как отклонения от основного закона подобия. [c.62]

Основные особенности цикла существования нестационарной каверны показаны на примере перемещающихся каверн, образующихся в потоке при обтекании твердого тела. На фиг. 4.1 представлена кинограмма, полученная с помощью высокоскоростной съемки кавитации около поверхности цилиндрического тела с оживальной носовой частью, образованной вращением дуги окружности с радиусом, равным 1,5 диаметра цилиндра. Образующая цилиндрической части тела касательна к образующей его оживальной носовой части. Каждый кадр на фиг. 4.1 представляет собой горизонтальную полосу, на которой видна часть оживала и расположенного за ним цилиндра. Ось тела совпадает с направлением потока, поток направлен справа налево. Последовательным моментам времени от верхнего кадра к нижнему соответствуют последовательные положения и размеры отдельных каверн. Съемка производилась с частотой 20 000 кадр/с, поэтому два последовательных кадра разделены промежутком времени 0,0005 с. Скорость воды составляла 21,35 м/с, а число кавитации К, определенное в разд. 2.6, было равно 0,30. Рассмотрим одну каверну, которая впервые появляется в виде пятнышка в центре круга на первом кадре. Сначала наблюдается относительно продолжительный и непрерывный процесс роста каверны, который заканчивается к моменту достижения ею максимального диаметра. Затем следует более быстрый процесс полного или почти полного схлопывания каверны. Согласно измерениям распределения давления на телах с оживальными носовыми частями [44], схлопывание происходит, когда каверна перемещается в области положительного градиента давления. Сразу после схлопывания каверна вновь начинает расти, достигая несколько меньшего размера, чем вначале, а затем опять схлопывается. Этот цикл [c.121]

Математическое исследование образования и схлопывания сферических каверн, представляющих собой идеализированную модель нестационарных перемещающихся каверн, привлекало внимание многих исследователей. Более того, создается впечатление, что по мере накопления экспериментальных данных, касающихся детальных исследований механизма кавитации, возрастает роль перемещающихся каверн. Это особенно относится к процессу повреждения направляющих поверхностей при кавитации. [c.124]

Фотографии, подобные представленным на фиг. 5.8, свидетельствуют, что на протяжении фаз развития и заполнения каверны мелкие пузырьки, перемещающиеся с потоком жидкости около поверхности каверны, исчезают в концевой зоне каверны. Они, по-видимому, попадают внутрь поверхностной пелены жидкости, из которой впоследствии образуется обратная струя. Следовательно, эти пузырьки уносятся либо в застойную зону, либо вверх по течению внутрь каверны. По всей вероятности, лишь очень немногие из них проникают достаточно далеко в основное течение и уносятся вниз по течению в обход застойной зоны. Факт, что именно перемещающиеся каверны играют главную роль в разрушении, вызываемом присоединенной кавитацией, позволяет сделать дополнительные выводы. Как будет показано в гл. 8, разрушение часто вызывается схлопыванием перемещающихся каверн в застойной зоне, которая отделяет возвратное течение от нижней по потоку части основного течения. Для [c.207]

Так как обратные струи обычно наблюдают через поверхность раздела, трудно получить четкое представление об их структуре. Однако появление пены свидетельствует о том, что не все перемещающиеся пузырьки схлопываются при прохождении через концевую зону каверны. Тем не менее они должны резко уменьшаться в объеме, так как в пределах разрешающей способности фотографии концевая зона каверны имеет вид бесформенного молочного облака, а не зернистой структуры, какую можно было бы ожидать, если бы пузырьки, пересекая поверхность раздела, сохраняли видимый диаметр. Сравнение кино-грамм, полученных с помощью высокоскоростной съемки обтекания одного и того же тела при одном и том же значении числа кавитации, показывает, что средний размер перемещающихся каверн убывает с ростом скорости. [c.208]

При изучении большого числа фотографий присоединенных каверн выяснилось, что число перемещающихся каверн в потоке гидродинамической трубы замкнутого типа определяется в первую очередь скоростью течения и характеристиками ядер кавитации в жидкости. Таким образом, при одном и том же распределении ядер кавитации частота, с которой они вносятся в зону торможения, приблизительно пропорциональна скорости течения. Связь этого свойства течения с числом и частотой разрушающих ударов рассматривается в разд. 8.5.2. [c.208]

Так как нас интересует влияние кавитации на течение и силы взаимодействия, начнем с рассмотрения влияния возникновения кавитации, а затем рассмотрим ее влияние на стадии развития. Остановимся на типичных случаях периодических перемещающихся каверн и присоединенных каверн различной конечной длины. Отклонение потока жидкости в этих случаях зависит от размера области, занятой каверной в данный момент времени. [c.317]

Кавитация может влиять на сопротивление формы вследствие изменения течения около погруженного тела, вызывающего изменение распределения давления и проекции сил, действующих на тело в направлении течения. Одно из проявлений такого влияния состоит в том, что слабая кавитация, например, сразу же после ее возникновения может вызвать переход ламинарного пограничного слоя на плохо обтекаемом теле в турбулентное и смещение точки отрыва пограничного слоя. Линии тока основного течения сдвинутся вследствие уменьшения зоны отрыва, и распределение давления по поверхности тела изменится. Другое проявление влияния кавитации заключается в том, что большая зона кавитации, например, на теле, образующая которого совпадает с линией тока, непосредственно изменяет линии тока основного течения как вследствие смещения линий тока при высокой концентрации перемещающихся каверн, так и вследствие образования присоединенной каверны. В результате смещения линий тока основного течения изменится распределение давления [c.321]

Приведенные фотографии являются, кроме того, хорошими иллюстрациями характерного различия во внешнем виде присоединенных и перемещающихся каверн. Так, все каверны, образующиеся на нижней поверхности, являются присоединенными. На верхней поверхности при углах атаки до 4° сначала преобладают перемещающиеся каверны. При небольшом значении К перемещающиеся каверны как бы проникают через поверхность присоединенных каверн. При больших углах атаки перемещающиеся каверны становятся все менее существенными. Частичное объяснение появления этих двух различных типов кавитации состоит в том, что на верхней поверхности (поверхности низкого давления) в окрестности начала каверны градиент давления при небольших углах атаки относительно невелик. Однако при больших углах атаки этой поверхности и углах атаки, при которых кавитация развивается на нижней поверхности крыла (поверхности высокого давления), градиент давления в соответствующей зоне велик. [c.354]

На фиг. 8.5 показано распределение по размерам частоты образования впадин в рассмотренных выше короткой и длинной зонах кавитации. Следует отметить, что вверх по течению от зоны максимального разрушения больших впадин мало, а вниз по течению от этой зоны их гораздо больше. Этот результат согласуется с результатами, полученными в Мичиганском университете [15, 17, 54, 55], и, по-видимому, означает, что перемещающиеся каверны продолжают расти, и чем длиннее каверна, тем больше появляется крупных пузырьков, способных образовать большие впадины. При сравнении числа больших впадин для каверн длиной 25,4 и 50,8 мм обнаруживается та же тенденция. [c.392]

Огромная разница между числом перемещающихся каверн, сносимых в зону схлопывания, и числом впадин, образующихся на испытываемых образцах, свидетельствует о большом значении размеров пузырьков при определении интенсивности разрушения, так как этот параметр может оказаться важным при определении соотношения между общим числом пузырьков и числом пузырьков, вызывающих разрушение. Согласно имеющимся данным, размеры перемещающихся каверн определяются главным образом размером и числом ядер кавитации в жидкости. По всей вероятности, очень большие пузырьки вырастают из особо больших ядер (хотя соотношения между давлением и временем для отдельных ядер, вероятно, изменяются в зависимости от их положения и влияния турбулентности). В таком случае даже незначительное увеличение числа крупных ядер может привести к резкому ускорению разрушения. Однако в настоящее время не существует достаточно надежного метода определения числа и распределения по размерам ядер в данном потоке жидкости. Такие данные помогли бы лучше разобраться в механике кавитационного воздействия. [c.401]

В общем случае пузырьки образуются в кавитационной зоне на испытываемом теле, где давление приблизительно равно давлению насыщенного пара. Хотя экспериментальных данных по влиянию скорости, степени кавитации и других параметров па размер образующихся пузырьков воздуха недостаточно, существуют некоторые данные, свидетельствующие, что по крайней мере в случае присоединенной кавитации перемещающиеся каверны [c.577]

Однако, как указывалось ранее, кавитационное разрушение, по-видимому, примерно постоянно при умеренных изменениях степени развития кавитации. Поэтому создается впечатление, что наблюдаемые изменения интенсивности разрушения обусловлены изменениями содержания воздушных и газовых ядер, а не изменениями плотности давления насыщенного пара. Обычно в природной воде содержится слишком мало газа, чтобы он мог оказывать сколько-нибудь ощутимое влияние на давление схлопывания, а следовательно, и на гидродинамическое воздействие, которое приводит к разрушению. Однако изменения содержания газа наряду с изменениями концентрации и типа ядер будут влиять на средний размер перемещающихся каверн. Установлено, что небольшое изменение среднего размера может оказывать существенное влияние на интенсивность разрушения. Чем больше средний размер, тем больше интенсивность разрушения. Если время роста ядер одинаково, то большее ядро вырастает в каверну больше среднего размера. Однако каверны, образующиеся из больших ядер, начинают расти раньше и повторное их развитие после схлопывания более вероятно, чем в случае каверн, выросших нз малых ядер. Вообще высокое содержание газа и ядер обнаруживается в весенние и летние месяцы, которые в соответствии с имеющимися данными являются также сезонами максимальных интенсивностей разрушения. [c.622]

Кавитация может развиваться и на самом корпусе машины несколько ниже направляющих лопаток, если кривизна его поверхности слишком велика. Существует тенденция, весьма широко воплощенная в турбинах Каплана и лопастных турбинах, — уменьшать предельные размеры и стоимость машины и проектировать направляющий аппарат таким образом, чтобы при работе на расходах, соответствующих более полностью открытого сечения, выходные кромки направляющих лопаток имели вынос над рабочим колесом. Очевидно, что на поток, граничащий с этим выносом, действует значительная боковая сила. Для обеспечения хорошего сопряжения с корпусом и друг с другом в частично и полностью закрытом положении концы лопаток обычно делаются прямыми. С точки зрения кавитации такая компоновка настолько неудачна, что возникновение и развитие каверн становится возможным даже при относительно высоких давлениях и малых скоростях. В случае кавитации образуется присоединенная каверна с множеством небольших перемещающихся пузырьков на границе раздела, которые отделяются от нее и уносятся потоком. На входные кромки рабочих лопастей будет действовать очень высокое дав- [c.630]

Вихревая кавитация — кавитация, при которой каверны наблюдаются в центре вихрей, образующихся в зонах, где имеются большие касательные напряжения (в этом случае каверны могут быть перемещающимися или присоединенными). Возможность возникновения кавитации внутри вихря определяется особенностью движения жидкости в нем, заключающейся в том, что скорость жидкости обратно пропорциональна расстоянию от центра вихря. Отсюда следует, что скорость стремится к бесконечности при приближении к центру вихря. Однако на практике этого не" случается из-за кавитации, которая начинается при местном статическом давлении ниже критического. Вихревая кавитация была обнаружена раньше других типов кавитации, так как она часто возникает на концах лопастей гребных винтов. Этот тип кавитации часто называют концевой кавитацией. [c.8]

Присоединенной кавитацией называется явление, возникающее иногда после начала кавитации, при котором поток жидкости отрывается от твердой границы обтекаемого тела или стенки канала с образованием полости, или каверны, на твердой границе, Неподвижная, или присоединенная, каверна устойчива только в квазистационарном смысле. Ее граница иногда имеет вид поверхности интенсивно кипящей турбулизованной жидкости. В других случаях поверхность раздела между жидкостью и большой каверной может быть гладкой и прозрачной. В жидкости около поверхности большой каверны наблюдается большое количество мелких перемещающихся нестационарных каверн. Эти мелкие каверны быстро растут почти до максимального размера у начала основной каверны и практически не изменяются до ее конца, где они исчезают. [c.21]

Взаимодействие перемещающейся кавитации с пограничным слоем изучено очень плохо. Фотографические исследования показывают, что скорость перемещающихся каверн почти совпадает с местной скоростью течения. Поскольку их размеры обычно гораздо больше размеров ламинарного подслоя, большую часть времени своего существования они должны находиться вне этого слоя. Вполне возможно, что каверны, схлопывающиеся вблизи пограничного слоя, могут захватываться им. В этом случае они. [c.320]

Если кавитационная зона оканчивается на гидрокрыле, то ее положение и характеристики такие же, как и у аналогичных кавитационных зон в криволинейных каналах. Однако в криволинейном канале зона разрушения всегда должна оканчиваться внутри канала. Иначе обстоит дело в случае гидрокрыла, поскольку кавитационная зона может распространяться за пределы задней кромки, что ясно видно на нескольких фотографиях. Так, на фиг. 7.20 (снимки б—г) видны каверны такого типа, передняя кромка которых находится на стороне низкого давления. Снимки в и г на фиг. 7.18 аналогичны, за исключением того, что передняя кромка каверны находится на стороне высокого давления. На фиг. 7.19 каверны имеются на обеих поверхностях они сливаются с образованием единой каверны, охватывающей все гидрокрыло, за исключением передней кромки. В случае каверн последнего типа поверхность гидрокрыла подвергается незначительному разрушению или сохраняется в целости, поскольку в течение большей части цикла каверны зона схлопывания не касается поверхности крыла, а расположена ниже по потоку в жидкости. Если каверна распространяется на небольшое расстояние за пределы задней кромки, то зона разрушения может сформироваться, когда зона торможения возвратного течения быстро перемещается по поверхности. Если длина каверны столь велика, что ее можно классифицировать как суперкаверну, то поверхность гидрокрыла не должна подвергаться разрушающему воздействию схлопывания каверн. В случае перемещающейся кавитации разрушающего действия не должно быть, если длина зоны достаточна, чтобы схлопывание не происходило [c.357]

Иногда следы разрушения можно обнаружить на поверхностях, которые, казалось бы, не должны подвергаться действию кавитации, например, в глубине насадка, из которого истекает жидкость, или даже в диффузорах некоторых центробежных насосов. Действительно, местное давление в этих зонах вследствие искривления направляющей поверхности внутрь потока, а не в наружную сторону от него может быть значительно выше среднего давления в данном сечении канала. Зоны разрушения такого рода почти всегда образуются вследствие кавитации, которая возникает на поверхности канала, расположенной выше по течению от данного места, и развивается до такой степени, что пузырьки не успевают полностью схлопнуться над той поверхностью, где они образовались, и зона схлопывания простирается далеко вниз по течению, захватывая область высокого давления. В результате перемещающиеся каверны схлопываются [c.383]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...