Присоединенная каверна (кавитация скорости

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]

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]

Рассмотрение такой точки зрения показывает, что при кавитационных испытаниях моделей. возникает настоящая дилемма. При моделировании натурного объекта по числу Фруда предполагается, что определяющими являются силы тяжести. Это обычно соответствует действительности, когда гидравлические явления связаны с наличием свободных поверхностей кавитация определенно относится к таким явлениям. Однако существует много типов течений со свободной поверхностью, в которых силы тяжести не являются определяющими. К сожалению, имеется убедительное экспериментальное подтверждение, что силы тяжести являются важными для некоторых кавитационных областей. Так, на фиг. 6.10, заимствованной из работы [45], показаны присоединенные каверны, образовавшиеся за двумя геометрически подобными телами вращения. На фиг. 6.10 даны виды сбоку и снизу одного и того же тела и охватывающей его каверны (для получения вида снизу камера направлялась вертикально вверх). Число Фруда было достаточно малым. На фиг. 6.10, в показано меньшее по размерам тело, которое испытывалось при значительно большей скорости. Число Фруда при этом было почти на порядок больше. Типы течения в нижнем по потоку конце каверны для этих двух тел совершенно различны. В эксперименте с малым числом Фруда подъемная сила каверны вызывает вертикальное возмущение и возникающее при этом направленное вниз движение окружающей жидкости при обтекании каверны приводит к образованию пары вихрей. В эксперименте с большим числом Фруда (фиг. 6.10, в) каверна [c.299]

Такую четкую зону возникновения кавитации легко получить на цилиндрическом теле диаметром 50,8 мм или более с полусферической носовой частью при скоростях потока 15,2 м/с и более. Показанная на фиг. 7.1 линия кавитации расположена вблизи точки минимального давления на поверхности тела. Возникновение кавитации в этих условиях выглядит как предельный случай возникновения присоединенной каверны, однако при большом увеличении удается заметить, что она состоит из множества мельчайших нестационарных каверн с чрезвычайно коротким временем существования. [c.318]

Каверна, возникшая в ядре вихря, может заметно изменить энергию вихревой системы, если она достаточно велика, и изменяет течение вращающейся массы жидкости в этом вихре. Так как в большинстве случаев вихри сходят с твердых границ в жидкость, любые изменения, вызванные кавитацией, могут не оказывать влияния на распределение давления,около этих границ и, следовательно, не изменять сопротивление формы. Однако в некоторых случаях присоединенные каверны образуются в зонах интенсивного вихревого движения около направляющих поверхностей, например на поверхностях лопастей в окрестности кромок гребных винтов и рабочих колес осевых насосов. В таких случаях могут формироваться струйные возвратные течения с вращательными составляющими местного течения и линейными составляющими основного течения. Это приводит к изменению скорости и распределения давления на направляющих поверхностях, а также к изменению сопротивления и соответствующим потерям энергии. [c.325]

Как указывалось в разд. 2.5, глаз не обладает достаточной скоростью реакции для непосредственного наблюдения процессов, происходящих в кавитационной зоне. Поэтому важное значение имеют фотографические методы. В первых исследованиях часто ограничивались единичными фотографиями, полученными с помощью обычных камер. Поскольку стандартные скорости затворов совершенно недостаточны для предотвращения смазывания изображения, то для получения коротких экспозиций обычно использовалась одна из нескольких разновидностей электронных импульсных источников света. Этот метод позволил получить обширную информацию, но, к сожалению, он вызвал некоторые ошибочные представления у многих экспериментаторов. Чрезвычайно легко сделать неосознанное предположение, что вид кавитационной зоны, зафиксированной на единичной фотографии, точно отражает это явление. Наблюдения, проведенные с помощью высокоскоростной киносъемки, подобные исследованиям цикличности присоединенной каверны, рассмотренным в гл. 5, показывают, что это предположение далеко от действительности. Поэтому аппаратура для высокоскоростной киносъемки представляет особую ценность для лабораторий, занимающихся исследованием кавитации. [c.595]

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]

Гидродинамическая кавитация не развивается в прямолинейном течении. Изменение направления или сближение линий тока является типичной особенностью процесса гидродинамической кавитации. Образование каверны вследствие изменения давления в потоке жидкости без изменения направления течения по своей природе ближе к кипению. Такая каверна не будет присоединенной. Пример подобного течения приведен на фиг. 5.3. Открытая с одного конца тонкая горизонтальная трубка соединена с трубопроводом большего сечения, по которому течет вода под давлением 3,16 ата при температуре 120 °С. Течение в горизонтальной трубке до точки В типично для всех однофазных течений жидкости. В точке А происходит местное падение давления, обусловленное ускорением течения от значения скорости в основном трубопроводе до скорости в горизонтальной трубке. Затем давление убывает почти линейно до точки В, в которой оно равно 2,11 ата. Это давление соответствует давлению насыщенного водяного пара при температуре 120°С. Здесь начинает образовываться пар, который сразу за этим сечением появляется в виде мелких пузырьков, поскольку далее вниз по течению вода перегрета. По мере дальнейшего понижения давления скорость парообразования быстро возрастает, так как степень перегрева увеличивается. В результате течение превращается в двухфазное и ниже по течению в нем появляется все больше пузырьков, размер которых увеличивается. В некоторой точке между точкой В и открытым концом [c.189]

Имеются некоторые качественные данные, согласно которым масштабный эффект, связанный с задержкой по времени, меньше влияет на частично и полностью развитую кавитацию по сравнению с ее начальной стадией. Это согласуется с представлением о том, что время начального роста ядра является основным фактором, влияющим на задержку возникновения кавитации, в то время как скорость парообразования, по-видимому, оказывает определяющее влияние на рост пузырей ц установление отдельных фаз присоединенной кавитации. Одним из проявлений слабого влияния этого масштабного эффекта можно считать качественное соответствие между наблюдаемыми длинами неподвижных каверн и протяженностью зоны низкого давления на теле по мере уменьшения К, начиная от условий возникновения кавитации. Рассмотрим не полностью развитую каверну длиной X (безразмерная длина), образовавшуюся на теле с распределением Кт, представленном на фиг. 6.1. Предположим, что течение имеет те же скорости, что и при определении К - Кх — идеальное число кавитации для такой же каверны с такой же относительной длиной на бесконечно длинном теле, а — экспериментально определенное значение числа кавитации. Так как задержка в возникновении кавитации является свойством данного потока жидкости в канале и так как она неизменна, можно предположить, что площадь Ах, соответствующая задержке роста частично развитой каверны, будет равна площади А, соответствующей возникновению кавитации. Если [c.298]

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]

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]

При дальнейшем уменьшении параметра К смесь пузырьков и воды охватывает всю хвостовую часть тела. Протяженность кавитационной зоны и интенсивность кавитации в следе будут возрастать до тех пор, пока внутренняя область следа не окажется целиком охваченной кавитацией и из нее не будет полностью вытеснена жидкость. Такое течение в следе называется суперкавитацией. Примеры полностью развитых кавитационных следов за круговым цилиндром представлены на мгновенных фотографиях (фиг. 5.16—5.18). На фиг. 5.16 и 5.17 показана каверна конечной длины, а на фиг. 5.18 каверна, достигшая полной длины . Снимки сделаны в плоскости, перпендикулярной оси цилиндра (чтобы показать ширину и форму каверны). На фиг. 5.16 основная каверна в момент съемки простирается за цилиндром на 3—4 калибра. За основной каверной тянется кавитационный след, имеющий периодический характер. Течение и кавитация при условиях, соответствующих фиг. 5.16, весьма неустойчивы. Каверна совершает колебания в длину и из стороны в сторону, что приводит к появлению периодически изменяющихся сил, приложенных к телу. Кавитационный след аналогичен течению с массой мелких пузырьков, уносимых потоком после отрыва присоединенных каверн (разд. 5.4). На фиг. 5.17 представлена другая фотография, снятая в другой момент времени, но при тех же скорости и давлении (при том же числе кавитации К). Поверхность основной каверны на фиг. 5.16 и 5.17 непрозрачна, и она относится к описанным выше присоединенным кавернам, у которых вдоль неровной поверхности раздела движется масса мелких пузырьков. [c.212]

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]

Напомним, что отожженный алюминий был выбран для данных экспериментов исходя из предположения, что любой удар достаточной интенсивности, способный вызвать разрушение обычных конструкционных материалов (включая усталостное разру-ш ение), приведет к остаточной деформации материала поверхности алюминия. Поскольку нет оснований сомневаться в справедливости этого предположения, то на основании проведенных экспериментальных исследований можно заключить, что при кавитации удары разрушающей силы наносятся с очень низкой частотой. Например, основанный на данных о частоте расчет образования впадин и средней площади впадины в случае кавитации, происходящей при скорости течения 27,45 м/с, показывает, что выбранная точка поверхности оказывается внутри зоны разрушающего действия удара лишь приблизительно один раз каждые 100 мин. Случайно оказалось, что в одном из таких экспериментов поверхность фотографировалась через каждые полтора часа. Таким образом, последовательные фотографии соответствуют приблизительно одному удару для данной точки поверхности, двум ударам и т. д. На фиг. 8.8 показано пять таких микрофотографий типичного участка зоны максимального разрушения. Вид этих фотографий подтверждает предположение, что кавитационное разрушение, вызываемое присоединенной каверной, обусловлено относительно редкими мощными ударами, которые либо вырывают частицы материала, либо вызывают преждевременное усталостное разрушение. Недавно в Мичиганском университете при проведении испытаний в трубках Вентури подтверждены эти общие выводы и зафиксированы потери веса образцов на ранней стадии эксперимента до того, как на поверхности появились перекрывающиеся впадины [17, 54, 60]. В одном из таких экспериментов [60] образец из нержавеющей стали, предварительно облученный радиоактивными изотопами, испытывался в воде с целью подтвердить [c.399]

Методика этих испытаний заключалась в проведении серии экспериментов каледый раз с новой алюминиевой моделью. Во всех экспериментах длина каверн поддерживалась постоянной, что соответствует постоянному числу кавитации, а скорость течения изменялась от максимально достижимой в трубе до величины, при которой впадины практически не образовывались. Согласно ранее проведенным экспериментам, вплоть до момента, когда число впадин, приходящихся на единицу площади поверхности, становилось столь большим, что их трудно было сосчитать, частота образования впадин при данных параметрах течения оставалась постоянной. В связи с этим продолжительность экспериментов подбиралась таким образом, чтобы плотность впадин была не слишком большой и не слишком малой, т. е. время эксперимента было самым коротким при самой большой скорости течения и возрастало с уменьшением скорости течения. Во всех случаях поверхность пластин выглядела аналогично. Это позволило предположить, что для приближенной оценки интенсивности кавитации можно использовать частоту образования впадин без учета их размеров. Полученные результаты представлены на фиг. 8.9. Они показывают, что частота образования впадин в сильной степени зависит от скорости течения. Действительно, судя по наклону кривых в логарифмических координатах, она пропорциональна примерно шестой степени скорости. Потребуется еще немало экспериментальных данных, чтобы четко определить область применимости этого соотношения. В случае присоединенных каверн, образующихся при других условиях, были получены другие эмпирические соотношения. Будем пользоваться соотношением [c.402]

В целях определенности будем рассматривать так называемую присоединенную каверну (неподвижную относительно обтекаемого тела). Материальный баланс содержимого такой каверны определяется в основном двумя конкурируюи ими процессами поступлением пара и газа в область, охваченную кавитацией, обусловленным испарением и дегазацией жидкости и уносом парогазовой фазы вниз по потоку с последующей ее конденсацией и растворением в зонах повышенного давления. В установившемся режиме среднее количество парогазовой фазы, теряемой в единицу времени вследствие уноса, равно поступлению за счет испарения и дегазации. В то же время скорость испарения и дегазации жидкости тем больше, чем меньше давление. Условия равновесия требуют в силу этого снижения давления в области, охваченной кавитацией, по мере возрастания интенсивности уноса. Если бы унос из присоединенной каверны отсутствовал, то давление в ней определялось бы условиями термодинамического равновесия. В случае дегазированной жидкости оно совпадало бы с давлением насыщенных паров, а для жидкостей, содержащих растворенные газы, с точностью [c.67]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...