Присоединенная кавитация в потоке жидкости

ПРИСОЕДИНЕННАЯ КАВИТАЦИЯ В ПОТОКЕ ЖИДКОСТИ [c.21]

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]

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]

Влияние свойств смачиваемости жидкости на кавитацию определить количественно довольно трудно. Если бы между потоком жидкости и направляющей поверхностью не существовало сил адгезии, то в каждой точке поверхности, в которой давление оказывалось бы ниже давления насыщенного пара, должна бы развиваться присоединенная кавитация независимо от существования ядер кавитации в самой жидкости. Однако, по-видимому, существует немного таких жидкостей (если они вообще существуют), способных циркулировать в течение некоторого времени, сохраняя сплошность и не создавая вследствие очищающего действия течения достаточно сильной связи с поверхностью, при которой кавитация начинается прежде всего в массе жидкости. Например, известно, что ртуть может прилипать к стеклу, хотя обычно считается, что она стекло не смачивает. Кажется также вероятным, что в смесях жидкостей, плохо смачивающих твердые поверхности, содержится множество ядер, и в них легко начинается кавитация, когда местное давление в течение достаточного промежутка времени падает ниже давления насыщенного пара. [c.111]

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]

В тех случаях, когда имеется основной поток, картина существенно усложняется, так как образование и схлопывание каверн обычно происходит в разных местах. Если условия на поверхности тела или границе течения точно соответствуют условиям возникновения кавитации, то каверны могут схлопываться рядом с местом их образования. Однако в ограниченных областях условия для возникновения кавитации не могут существовать длительное время. Вместо этого устанавливаются давление и другие параметры потока, соответствующие скорее стадии развитой кавитации. В этом случае точка минимума давления и зона схлопывания каверны разделены некоторым расстоянием независимо от того, идет ли речь об отдельном пузырьке в потоке жидкости или о более сложном типе присоединенной каверны, о которой говорилось в гл. 5. [c.382]

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]

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]

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]

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]

Присоединенной кавитацией называется кавитация с отрывом потока жидкости от твердой границы обтекаемого тела или стенки канала с образованием полости или каверны на Твердой границе [53]. В отличие от отрывной такую кавитацию Называют также поверхностной, имея в виду расположение каверн относительно стенки [50]. Это название представляется менее Удачным. Неподвижная ( оседлая ) или присоединенная каверна [c.7]

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]

Число кавитации К можно рассматривать как меру относительной интенсивности восстанавливающей силы, действующей на поток вне присоединенной каверны и заставляющей его возвращаться к направляющей поверхности. Таким образом, свободная поверхность всегда является выпуклой со стороны жидкости. Предельное значение К, при котором восстанавливающая сила отсутствует, достигается там, где давление в жидкости по любому боковому направлению со стороны кавитационной поверхности равно давлению в каверне следовательно, каждая частица жидкости движется по прямой линии и каверна простирается до бесконечности. Поэтому для течения при таком предельном значении К понятие направляющей поверхности не имеет смысла. [c.330]

Для гидродинамики особый интерес представляет частный случай кипения, которое возникает в движущейся жидкости вследствие местных понижений давления до давления насыщенного пара. Такой вид кипения называют кавитацией. Это явление играет особую и главным образом отрицательную роль в гидродинамике машин и аппаратов и других технических приложениях. Кавитация может проявляться как в виде отдельных пузырьков, возникающих в местах пониженного давления и уносимых потоком (пузырьковая перемещающаяся кавитация), так и в виде сплошных, заполненных парами жидкости, полостей, присоединенных к поверхности обтекаемых тел (суперкавитация). Могут существовать и другие внешние проявления кавитации. [c.23]

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]

Иногда наблюдаются колебания, при которых присоединенная каверна сначала растет, а затем схлопывается вследствие захвата жидкости и последующего заполнения каверны с конца зоны кавитации. Максимальная длина присоединенной каверны зависит от поля давления. Каверна может заканчиваться в точке присоединения основного потока жидкости к поверхности тела на некотором расстоянии от передней кромки каверны (линии отрыва) или может простираться далеко за пределы тела до смыкания основного потока с образованием полости,, охватывающей тело, В последнем случае кавитацию называют суперкавитацией. На фиг. 1,6 и 1.7 показаны присоединенные каверны, причем каверна на фиг. 1,7 представляет собой суперкаверну. [c.21]

В разд. 1.5 присоединенная кавитация была определена как такой тип кавитации, при котором между направляющей поверхностью и свободной поверхностью потока жидкости образуется статистически фиксированная каверна. Основные особенности присоединенных каверн хорошо видны невооруженным глазом, если существуют условия для образования очень длинных каверн. При таких условиях полностью развитой кавитации жидкость отрывается от поверхности тела в начале зоны кавитации и больше уже не присоединяется к ней (фиг. 5.1). В рассматриваемом случае каверна имеет прозрачную поверхность, сквозь которую хорошо видна направляющая поверхность, а пространство между поверхностями каверны и тела заполнено паром или газом, В конце каверны наблюдаются значительные возмущения, и течение здесь, по-видимому, неустойчиво. Длина каверны колеблется с достаточно большой частотой, и создается впечатление, что эти колебания сопровождаются обильными брызгами. Однако вся каверна, кроме ее конца, ведет себя так, как если бы она была частью тела. Можно предполагать, что такое же поле течения существовало бы около твердого тела, образованного смоченной передней частью и свободной поверхностью каверны. Лабораторные исследования подтверждают это предложение, если соответствующим образом учитывается трение на поверхности такого твердого тела. Длинные каверны, возникающие в условиях полностью развитой кавитации, называются также суперкавернами. [c.187]

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]

Приведенные рассуждения показывают, что при работе на газонасыщенных жидкостях (например, на водопроводной воде) давление в кавернах, присоединенных к телам, обтекаемым потоком жидкости, в зависимости от интенсивности уноса может меняться в весьма широких пределах от значений, близких к давлению, при котором осуществлялось насыщение жидкости газом, до значений, меньших давления насьпценных паров, а при работе на дегазированных жидкостях оно всегда несколько меньшее давления насыщенных паров. Повышенного уровня давления в кавитационных кавернах можно, таким образом, ожидать на криогенных и газонасыщенных жидкостях при малых интенсивностях уноса. Последнее, в частности, имеет место при втулочной кавитации, а также на начальных стадиях кавитационного обтекания тел потоком жидкости . [c.68]

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 ...