Перемещающиеся каверны (пузырьки)

Согласно первой схеме [111 в концевой части присоединенной каверны происходит торможение перемещающихся каверн (пузырьков) и они схлопываются (рис. 10.13). Возникающее при этом местное повышение давления составляет величину порядка l/r, где г — радиус пузырька. Такое резкое повышение давления порождает ударную волну, которая, распространяясь, достигает твердой поверхности и оказывает на нее ударное воздействие, приводящее к разрушению материала. [c.406]

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]

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]

Как было показано в предыдущих разделах этой главы, исследования заполненных газом сферических пузырьков в сжимаемых жидкостях позволяют предполагать, что при начальном схлопывании каверна имеет ненулевой минимальный радиус, а затем вновь расширяется и колеблется. (Следует заметить, что полученный при этом конечный минимальный размер пузырька может быть слишком мал для оптических наблюдений.) Результаты обработки экспериментальных данных для одной из перемещающихся каверн (фиг. 4.1) представлены на фиг. 4.19. Объем каверны при первом повторном образовании составляет 65% от объема исходной каверны. Это означает, что в процессе [c.174]

При рассмотрении фиг. 5.12 отмечалось, что периодически отрывающиеся присоединенные каверны имеют, по-видимому, прозрачную поверхность раздела с большим числом мелких пузырьков, движущихся вдоль нее. Создается впечатление, что на поверхности каверны происходит интенсивное кипение. Однако тщательное изучение кадров высокоскоростных кинофильмов показывает, что каждый перемещающийся пузырек образуется в начале каверны, быстро вырастает почти до максимального диаметра, а затем при перемещении вниз по течению вдоль стенки каверны его диаметр изменяется очень медленно. Скорость пузырьков близка к скорости течения, поэтому они неподвижны относительно движущейся жидкости. По-видимому, важно, что пузырек растет в основном в процессе его перемещения вдоль сильно искривленной поверхности раздела в начале каверны. Экспериментально установлено, что непосредственно перед точкой отрыва в течении около направляющей поверхности существуют напряжения растяжения [56]. Если это так, то жидкость в зоне быстрого роста пузырьков, возмол<но, находится в неравновесном состоянии, поскольку дополнительный объем, образующийся в процессе роста перемещающихся каверн, необходим для снятия этого напряжения. [c.207]

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]

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]

НИИ к телу и расстояние от точки схлопывания до поверхности зависит от начального размера пузырька, так как чем он больше, тем продолжительнее время схлопывания и, следовательно, время переноса каверны к поверхности со скоростью, равной местной скорости потока. Отставание каверны от потока жидкости также зависит от величины каверны. По-видимому, более крупные каверны схлопываются ближе к поверхности тела. Кроме того, чем больше начальный диаметр каверны, тем больше энергии выделяется при ее схлопывании и тем выше максимальное давление (разд. 4.3). Поэтому в рассматриваемом случае течения более крупные каверны должны производить, по-видимому, более сильное разрушение. Перемещающиеся каверны средних размеров, наблюдаемые на поверхности раздела, схлопываются слишком далеко от поверхности тела и не способны нанести разрушающий удар. Лишь немногие из них подходят к поверхности тела на достаточно близкое расстояние и образуют на ней впадины. Каверна, показанная на фиг. 8.7, движется вдоль критической линии. Траектории многих более мелких каверн могут целиком находиться в пределах возвратного течения, поэтому они никогда не подойдут к поверхности тела на достаточно близкое расстояние и не образуют на ней впадину. Кроме того, с удалением от зоны торможения среднее давление вдоль траектории понижается. Следовательно, [c.398]

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]

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]

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]

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]

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]

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]

Время, необходимое для образования и схлопывания перемещающейся каверны в том случае, когда главную роль играет инерция, обычно составляет несколько тысячных долей секунды. Этого времени недостаточно для заметной диффузии растворенного воздуха через жидкость к поверхности раздела [6а]. Поэтому в такую каверну может попасть лишь немного больше воздуха, чем содержится в слое воды, которая, испаряясь, заполняет каверну. Даже если предположить, что в процессе образования каверны в нее диффундирует в несколько раз больше воздуха из окружающей жидкости, то и тогда он окажет слабое влияние на динамику пузырька, за исключением самых начальных стадий роста и самых конечных стадий схлопывания. В процессе схлопывания этот воздух вновь растворится в жидкости, но не полностью благодаря выравнивающему действию диффузии, о котором говорилось в разд. 3.8. Поэтому имеется избыток газа, идущий на образование новых ядер из каждой схлопывающейся каверны, хотя они, по-видимому, весьма малы, так как при схлопывании развиваются очень высокие давления. [c.164]

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]

Приведенные в табл. 8.1 расчетные размеры каверн (пузырьков), образующих впадины, гораздо больше средних размеров каперн, наблюдаемых вблизи границы раздела присоединенной каверны и основного потока. В связи с этим естественно предположить, что между разрушающей способностью больших и малых пузырьков существует значительная разница. Число и средний диаметр каверн на поверхности раздела определялись непосредственно по кинограммам, полученным с помощью высокоскоростной съемки в процессе эксперимента. На этих кинограммах каверны (пузырьки) располагаются очень плотно, полностью покрывая поверхность присоединенной каверны. Их средний диаметр 635 мк, а средняя скорость несколько больше скорости набегающего потока. Согласно результатам проведенных измерений, за 1 с в зону торможения сносится около 0,7 10 каверн в расчете на 1 см окружности испытываемого образца. А число впадин, образующихся за то же время и приходящихся на 1 см окружности образца, составляет 24. Следовательно, только одна из 30 000 перемещающихся каверн наносила разрушающий удар по поверхности мягкого металла. Естественно задать вопрос, что же происходит с остальными 29 999 кавернами. Подобные соотношения между числом каверн и впадин наблюдались также при испытаниях в трубках Вентури [17, 54, 55] и при вибрационных испытаниях [40, 50]. [c.397]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...