Кавитация разрушающее действие

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 в местных сопротивлениях (холодное вскипание жидкости) с последующим схлопыванием пузырьков опасна вследствие ее разрушающего действия на конструкции и повышения гидравлических потерь. В суженных элементах гидравлического тракта, в местных сопротивлениях происходит увеличение скорости и падение абсолютного давления, которое может снизиться до давления насыщенных паров жидкости и вызвать кавитацию. Число кавитации [c.129]

В экспериментальной работе было решено использовать разрушающее действие кавитации для разрушения эмали. [c.231]

Релей (Л. 87], устраняя эти затруднения теории Кука, развил теорию разрушающего действия кавитации, согласно которой разрушение происходит не от непосредственных ударов жидкости о поверхность металла, а благодаря воздействию высоких давлений, возни- [c.55]

У большинства центробежных - насосов для жидких металлов при испытаниях получен высокий к. п. д. Замечено некоторое ухудшение характеристик насосов после длительной эксплуатации Одним из ограничений при применении центробежных насосов является кавитация, приводящая при высоких температурах к явлению срыва. Кавитация в жидкометаллических насосах исследована еще недостаточно, но испытания рабочих колес в натрии, калии и литии указывают на наличие разрушающего действия кавитации, пропорционального длительности работы и рабочей температуре. [c.173]

Анализ экспериментальных данных показывает, что доля участия электрохимического процесса в разрушении металла по сравнению с механическим фактором уменьшается с увеличением скоро- сти движения образца в жидкости. Ведущая роль механического фактора резко возрастает после появления в жидкости большого числа разрывов. В этих условиях усиливается разрушающее действие кавитации, а влияние агрессивной среды сводится только к снижению прочности металла. Известно, что такое снижение прочности зависит от многих факторов, и в первую очередь от характера нагрузки, агрессивности среды, природы сплава и длительности работы под напряжением. [c.62]

До возникновения кавитации плотность влияет лишь на величину локального давления, определяемого обычными законами гидродинамики. Если пренебречь сжимаемостью жидкости, то ее поведение можно рассчитать, зная величины гидравлических напоров (измеренных в единицах длины) и скоростей, не прибегая к понятию плотности. После возникновения кавитации большую роль начинает играть динамика пузырька, в том числе величина давления при схлопывании, и величина плотности жидкости должна быть введена в рассмотрение (гл. 4). Например, давление в жидкости, возникающее при схлопывании или росте пузырька, прямо пропорционально плотности, если вязкостью, сжимаемостью и поверхностным натяжением можно пренебречь, а величина напора при схлопывании и начальный размер пузырька заданы. Это важно при оценке разрушающего действия кавитации. [c.113]

В общем случае как скрытая теплота парообразования, так и удельная теплоемкость жидкости влияют на скорость роста и схлопывания пузырька. Чем больше скрытая теплота парообразования, тем больше требуется тепла, чтобы заполнить растущую каверну паром заданной плотности. Так как это тепло отбирается только от слоя жидкости, непосредственно примыкающего к каверне, охлаждение такой жидкой оболочки пропорционально отобранному у нее количеству тепла. Удельная теплоемкость жидкости — другой фактор, который непосредственно влияет на падение температуры жидкости в результате испарения. Степень самоохлаждения жидкости может играть большую роль в случае кавитации, происходящей при высокой температуре и высоком давлении. Степень самоохлаждения может быть достаточно большой, чтобы заметно повлиять на кавитацию путем эффективного понижения давления насыщенного пара в данной области. Самоохлаждение жидкости может также оказать влияние и на процесс схлопывания каверн. Освобождающееся при конденсации тепло вызывает уменьшение скорости схлопывания и, следовательно, ослабление разрушающего действия кавитации. [c.163]

Некоторые этапы разработки этого метода представляют определенный интерес. В течение продолжительного времени большинство имеющейся информации о физической природе кавитации было получено в лабораторных и натурных условиях при проведении экспериментов с холодной водой в качестве рабочего тела. В результате наметилась естественная тенденция считать, что все упрощения, приемлемые для холодной воды, применимы также ко всем жидкостям. Самое важное упрощение, которое справедливо при использовании в качестве рабочего тела холодной воды и термодинамически подобных жидкостей, заключается в том, что все члены, учитывающие энергию пара в каверне, пренебрежимо малы по сравнению с членами, учитывающими энергию жидкости. Энергия пара определяется как сумма величины скрытой теплоты парообразования, необходимой для испарения жидкости в каверну, и энергии, передаваемой пару в процессе сжатия или отдаваемой им в процессе расширения каверны. Использование этого предположения в случаях, когда оно несправедливо, обычно приводит к переоценке разрушающего действия кавитации. [c.305]

На основании сказанного можно сделать два важных вывода. Во-первых, разрушающее действие кавитации в потоках жидкостей проявляется обычно при условиях, отличающихся от условий ее возникновения. Во-вторых, разрушение связано с зоной схлопывания. Оба эти вывода приводят к мысли о пользе тщательного изучения разрушения, вызываемого присоединенными кавернами. Этому вопросу посвящено несколько следующих разделов данной главы. [c.384]

Задание 45. Поместив рядом с работающим в воде излучателем тонкую алюминиевую фольгу, еще раз докажите разрушающее действие ультразвуковой кавитации. Повторите опыт, используя вместо воды 10%-ный раствор едкого калия. Сравните результаты экспериментов. [c.138]

Ультразвук неоднократно использовался для исследования разрушающего действия кавита-ции ). С этой целью небольшой образец исследуемого материала укрепляют на нижнем конце стержневого магнитострикционного вибратора и приводят его в колебания в соответствующей жидкости. Спустя некоторое время на образце можно обнаружить разрушения, обусловленные кавитацией. [c.518]

Разрушающее действие кавитации 518 Раковые опухоли 561 Раскисляющее действие ультразвука 525 Распад молекул высокополимеров 479 Расплавы металлов,, облучение 511 Распределение давлений в колеблющейся кварцевой пластинке 84, 85 --- — стоячей звуковой волне 24, 172 [c.720]

Рабочая жидкость через входной патрубок 2 поступает на вращающуюся с большой частотой крыльчатку 5 и продвигается последовательно через прорези в дисках всех ступеней ротора и статора. В результате быст го совмещения и перекрытия прорезей во вращающихся и неподвижных дисках в жидкости возникают переменные поля скоростей и давлений, вызывающие кавитацию, разрушающую взвешенные частицы загрязнений. Одновременно с кавитацией на частицы действуют разнонаправленные ускорения, 104 [c.104]

Соотношение коррозионного и механического факторов в процессе коррозионной кавитации сильно изменяется в зависимости от условий, устанавливающихся в данном месте разрушающейся поверхности. При менее жестком механическом напряжении действие коррозионного и механического факторов может быть соизмеримо. В этих условиях большое влияние имеют чисто коррозионные факторы состав среды, коррозионная стойкость и пассивируемость сплавов, возможность применения способов защиты от коррозии (покрытия, ингибиторы и др). [c.87]

В любом низкочастотном поле ультразвуковых колебаний, обусловливающем кавитацию, имеются и высокочастотные колебания. Разрушающиеся пустоты следует рассматривать как мгновенные источники ультразвука, которые действуют со значительно большей частотой. [c.224]

Выдвинутое М. Корнфельдом и Л. Я. Суворовым объяснение механизма эрозионного разрушения при кавитации получает все более широкую известность, признание и дополнительные подтверждения в трудах как советских, так и иностранных ученых (см. [Л. 4, 47, 49, 76, 81, 98, 105, 106 и др.]). В статье [Л. 105], например, указывается, что струйку, входящую внутрь пузырька и разрушающую поверхность образца прямым контактом, удалось обнаружить и наблюдать на опытах, и что действие этой струйки согласуется с теоретическими расчетами. По теоретическим данным Л. 105] скорость струйки, ударяющей по поверхности тела, может достигать 1 ООО м сек. Прямые измерения деформации пузырьков срывной кавитации за круглым профилем, обтекаемым со скоростью 17 м сек, показали [Л. 76], что скорости перемещения поверхности пузырь-62 [c.62]

Давно известно, хотя об этом часто забывают, что кавитация может вызвать разрушение практически любой твердой поверхности. Свойства различных типов твердых тел, разрушающихся под действием кавитации, столь разнообразны, что единственной общей характеристикой кавитации, которая могла бы вызвать разрушение их поверхностей, по-видимому, является ее чисто механическая способность создавать очень высокие дав- [c.380]

Разъедание металла вследствие кавитации (кавитационная эрозия) обычно наблюдается в тех местах потока, где происходит повышение давления, сопровождающееся столкновением пузырьков пара и его конденсацией. При этом вследствие мгновенных, быстро чередующихся процессов сжатия отдельных пузырьков возникают большие местные импульсивные давления (в несколько сот и даже тысяч атмосфер), приводящие к весьма коротким и интенсивным ударам, разрушающим металл (сначала выкрашиваются его зерна с поверхности, затем процесс разрушения быстро распространяется вглубь). К этим чисто механическим ударным действиям часто присоединяются химические воздействия на металл выделяющегося из жидкости воздуха, обогащенного кислородом, а в отдельных случаях и электролитические воздействия. В результате всех этих явлений, особенно если кавитация длится продолжительное время, происходит разъедание металла он на большую глубину принимает губчатую структуру. [c.223]

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]

В работах Гликмана и др. Л. 43 и 98] теория разрушающего действия кавитации получила дальнейшее развитие. В них приведены экспериментальные данные, полученные при исследовании поверхностного слоя образцов, подвергнутых кавитационному воздействию на магнитострикционном вибраторе. Анализом микроструктуры образцов, подвергнутых кавитации, установлено, что на первой стадии разрушения в поверхностном слое образца протекает пластическая деформация и происходит наклеп на глубину нескольких десятков микрон Ч Это происходит под действием многократно повторяющихся гидравлических ударов. С увеличением длительности кавитационного воздействия микродефор-мационная картина усиливается и, начиная с некоторого момента, наблюдается появление микроскопических трещин и выколов. [c.63]

Кавитация наблюдается не только в воде и растворах электролитов, но и в расплавах легкоплавких металлов, причем механизм и кинетика разрушения в этом случае существенно меняются, что связано с физикo-xИiMичe кими свойствами среды и высокой температурой. При смыкании кавитационных пузырьков в расплавах выделяется в несколько раз больше энергии, чем в воде, соответственно возрастает разрушающее действие кавитационной зоны. Так, кавитационное разрушение в ртути происходит в 10—20 раз быстрее, чем в воде. В то же время высокие температуры расплавов вызывают разупрочнение конструкционных материалов и резко усиливают процессы коррозии (растворение конструкционных материалов в расплавах, взаимодействие с примесями и др.). [c.255]

На рис. 6 показан характер разрушения деталей проточной части насоса, работающего в условиях перекачки загрязненной песком или илом воды. Отдельные участки поверхности некоторых деталей (рис. 6, а) имеют борозды по направлению движения потока, что свидетельствует о действии абразивного фактора. Вся рабочая поверхность этой детали имеет вид размытого водой металла. На других деталях проточной части насоса в отдельных местах имеются кавитационные раковины глубиной до 5 мм (рис. 6, б), свидетельствуюп ие о наличии явления кавитации. Для деталей насосов и других подобного типа гидромашин наиболее характерно разрушение металла вследствие абразивного действия движущихся в потоке твердых частиц. Однако при больших скоростях сама жидкость оказывает на металл сильное разрушающее действие из-за возникновения в потоке кавитации. [c.19]

С помощью дроссельного устройства можно сосредоточивать разрушающее действие кавитации на разных участках испытуемого образца. Исследования показывают, что разрушение образца чаще всего наблюдается в той области кавитационной зоны, где пузырьк сокращаются и исчезают. [c.30]

Для интенсификации некоторых технологических процессов используется явление кавитации, развивающееся в поле иптенсивйых ультразвуковых волн. Однако измерение звукового давления в режиме кавитации сопряжено с известными трудностями. Кавитация, как правило, быстро разрушает пьезоэлемент приемника ультразвука, помещаемый в ультразвуковое поле. Чтобы защитить приемный элемент от разрушающего действия кавитации стали применять волноводные щупы, у которых в [c.347]

При прочих равных условиях силы поверхностного натяжения увеличивают скорость схлопывания каверн. Поэтому можно было бы ожидать усиления разрушающего действия кавитации. Однако на самом деле этого не происходит, так как при образовании каверны силы поверхностного натяжения стремятся уменьшить ее максимальный размер. В этом смысле описанный эффект является консервативным, так как при схлопывании каверны жидкости возвращается то же количество энергии, которое было накоплено в каверне при ее образовании. Согласно численным расчетам [19], которые будут описаны ниже, влияние поверхностного натяжения на поле давления около схлопывающегося пузырька в общем случае пренебрежимо мало. [c.136]

Величина давления в момент схлопывания, по-видимому, никогда не была определенно зафиксирована экспериментально. Хэррисон [12] сообщал об измерениях давления в жидкости на расстоянии 10 см от центра схлопывания, которые дали максимальные значения до 10 атм. Он пришел к выводу, что в центре схлопывания давление достигало 4000 атм. В интересном исследовании разрушающего действия кавитации Саттон [47] определял напряжения на твердых поверхностях при ударе с помощью фотоупругих материалов и камеры Эллиса с ячейкой Керра. Он получил значения давления до 2-10 ат, однако они основаны на недостаточно точно известных характеристиках фотоупругих материалов при динамическом нагружении. Подобные несистематические данные не дают представления об истинных значениях давления, развивающегося в момент схлопывания каверны. [c.178]

Часто не понимают, что в месте удара водяной струи о дно русла всегда возникает возвратное течение, которое, вероятно, является основным факторо. 1, определяющим потерю напора падающего потока воды. С увеличением высоты падения угол падения стремится к прямому и расходы в струях, образующихся при разделении основной струи, выравниваются. При этом во многих случаях развиваются скорости, которые превышают обычные скорости в гидравлических машинах. Следовательно, несмотря на недостаток подтверждающих данных, весьма вероятно, что эрозия в рассматриваемом случае отчасти определяется или ускоряется кавитацией. Как мы увидим в дальнейшем, другой интересной аналогией между разрушающим действием падающего потока воды и присоединенной кавитацией является аналогичное расположение зоны максимального разрушения относительно возвратного течения. Эти соображения возникли по поводу недавних впечатляющих разрушений на Ниагарском водопаде. [c.196]

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]

Гидротехническими сооружениями называются такие разнообразные гражданские инженерные сооружения, как плотины, водосливы, затворы, каналы и тоннели. Чаще всего эти сооружения создаются из кирпича или бетона, а поток жидкости в них обычно имеет свободную поверхность. Очевидно, материалы конструкции яе играют роли в анализе течения с целью определения положения и характеристик критических кавитационных областей, хотя и определяют шероховатость поверхности. Болл [1] рассматривал влияние чистоты обработки поверхности на кавитацию в высокоскоростных потоках и обнаружил, что вихри, срывающиеся с элементов шероховатости, могут являться очагами развития местной кавитации при отсутствии кавитации во всем потоке. Кенн [76] привел примеры разрушающего действия такой вихревой кавитации на бетон. Общий обзор проблем кавитации применительно к гражданским техническим сооружениям можно найти в работе Брауна [3], а применительно к гидротехническим сооружениям в работе Розанова [8а]. Туллис и Маршнер [14] опубликовали обзор по кавитации в клапанах. [c.612]

Явление кавитации наблюдается в трубопроводах, находящихся под пониженным давлением, оно наблюдается при работе быстроходных центробежных насосов, рабочих колес гидротурбин, лопастей винтов, у крыльев судов на подводных крыльях, и т. д. Кавитация оказывает вредное действие на работу машин и трубопроводов увеличиваются потери энергии на трение, понижается КПД, развиваются опасные вибрации и происходит так называемая кавитационная коррозия металлов, т. е. разрушение металла вследствие развивающихся многочисленных гидравлических ударов. Вначале с поверхности металла, подвергаемого кавитационной коррозии, выкрашиваются отдельные кусочки, а затем процесс быстро распространяется в глубь металла, охватывая своим разрушающим действием все большие участки. В результате металл становится рыхлым, губчатым и в конце концов совсем разрушается. Часто к кавитационной коррозии добавляется хн.М че-ская коррозия, и процесс разрушения металла еще больше ускоряется. Во избежание кавитационных явлений или с целью у мень-шения их отрицательного действия приходится ограничивать частоту вращения рабочих колес гидравлических машин, вингов судов, уменьшать скорость движения судов на подводных крыльях, изготовлять колеса, винты, крылья из антикоррозионных особопрочных материалов и придавать им специальные, порой весьма сложные, формы. [c.47]

Вредные проявления кавитации заключаются в срыве режима работы насоса и резком падении напора, а также в разрушающем действии на проточную часть Насоса в виде кавитационной эрозии. Механизм эрозии заключается в разрушении поверхности материала под воздействием гщфоударов при захлопывании кавитационных каверн (пузырей). Поскольку такое разрушение относится к усталостному типу, требующему определенного времени, то для малоресурсных насосов ЖРД, время работы которых исчисляется минутами, его можно не принимать во внимание. Для насоса важны антикавитационные свойства не по эрозионному воздействию на его проточную часть, а из-за срыва всех параметров, стабильность которых диктуется задачами, выполняемыми ДУ в целом. Отличительная особенность проточной части несосов ЖРД состоит в обеспечении высоких антикавитационных и удельных этергетических показателей ТНА с некоторым ущербом для КПД и ресурса его работы. [c.210]

Звуковое давление измерялось при помощи волноводного приемника, защищенного (в отличие от миниатюрного гидрофона [32]) от разрушающего действия кавитации [33] э.д.с. гидрофона, помещенного в центр фокального пятна концентратора, измерялась ламповым вольтметром, усредняющим его показания. Кривая 1 получена приемником с равномерной частотной характеристикой до 3 Мгц а кривая 2 — тем же приемником, но включенным через фильтр, пропускающий только частоту излучаемого звука — 500 кгц (полоса фильтра 10 кгц). В отсутствие кави- [c.187]

Пример таких разрушений в алюминиевом образце показан на фиг. 574, а. Очень хорошие фотографии таких облученных образцов имеются также в работе Гейнса [678], указавшего на возможность использования этого метода для эрозионного испытания материалов. Подробные исследования Рутенбека показали, в частности, что разрушающее действие кавитации обусловлено главным образом возникающими в ультразвуковом поле пузырьками газа. Так, напри- [c.518]

Существенное значение для разрушающего действия ультразвука на клетки крови наряду с явлениями кавитации имеет, по-видимому, присутствие в крови пузырьков воздуха. В полностью обезгаженной взвеси эритроцитов гемолиз совершенно не происходит или происходит лишь в незначительной степени. Кроме того, некоторую роль играет концентрация этой взве си если она превышает известную величину, гемолиза не наблюдается [2020, 2700—2704, [c.551]

Хортон [4767] считает, что так как на поверхности бактерий происходит кавитация, то силы сцепления между бактериальной клеткой и окружающей жидкостью слабее, чем межмолекуляр-ные силы в самой жидкости. Если увеличить силы сцепления между бактериальной клеткой и жидкостью при помощи поверхностно-активных веществ (например, лейцин, глицин, пептон и т. д.), то разрушающее действие ультразвука уменьшится. Если уменьшить силу сцепления, нагревая взвесь, то кавитация на поверхности бактерий усилится и разрушающее действие увеличится. Если взять смесь бактерий (например, кислотоустойчивых бактерий, содержащих воск, и кишечной палочки), у которых силы сцепления с жидкостью различны, то при облучении ультразвуком кавитация происходит преимущественно на поверхности первых, благодаря чему быстрота уничтожения вторых уменьшается. Хортон подтвердил правильность этих соображений систематическими исследованиями. [c.555]

Найденные формы проточных частей сопел, работающих в режиме кавитации и не разрушающихся от действия последней, позволили распространить указанные формы на проточные части эжекторов, работающих в таком же режиме (см. рис. 8.26, 8.27). Работа эжекторов в кавитационном режиме показала, что их проточные части также не разрушаютея от действия кавитации. [c.209]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...