Типы кавитации

Обычно различают два типа кавитации поверхностную и отрывную. Поверхностная кавитация возникает на поверхности, направляющей поток, или в непосредственной близости от нее. Только что описанные нами кавитационные явления в сопле Вентури и в рабочем колесе центробежного насоса являются примерами поверхностной кавитации. Отрывная кавитация возникает на расстоянии от поверхности и является результатом турбулентного перемешивания, которое обычно имеет место в потоке за различными выступающими элементами, рабочими колесами некоторых гидравлических машин, а также прн отрывах потока от направляющей поверхности. В качестве примера отрывной кавитации на рис. 10 приводится фотография потока за моделью гребного винта. [c.24]

Гидравлические машины и системы можно рассматривать как сочетание направляющих поверхностей, предназначенных для управления потоком жидкости. Если кавитационная зона возникает на такой поверхности, то она изменяет величину и направление скорости потока. Практически во всех случаях такие изменения нежелательны и сопровождаются дополнительными потерями энергии. Кроме того, при обоих типах кавитации — установившейся поверхностной и вихревой отрывной — имеют место разного рода вторичные движения жидкости. Энергия, вовлеченная в эти движения, не восстанавливается основным потоком и также является потерянной. [c.24]

Кавитационный поток при обтекании твердого тела оказывает на его поверхность своеобразное воздействие. Характер этого воздействия определяется месторасположением зоны, в которой происходит замыкание пузырьков. В зависимости от этого различают два типа кавитации кавитация в потоке и поверхностная. [c.8]

Для выяснения влияния лопаток направляющего аппарата на возникновение II типа кавитации были проделаны следующие эксперименты [c.152]

I — первый тип кавитации II — второй тип кавитации. [c.152]

В первом случае не были обнаружены даже слабые признаки II типа кавитации, в то время как во втором они явно имели место. В результате этих опытов может быть сделан вывод, что направляющий аппарат не является причиной возникновения II типа кавитации. [c.152]

Типы кавитации. Динамическое снижение давления, которое имеет место, когда капельная жидкость течет через суженные или криволинейные участки напорного канала или обтекает погруженные тела, может привести к кавитации. Кавитация представляет собой быстрое, почти взрывное , изменение фазового состояния от жидкого к парообразному, случающееся всякий раз, когда абсолютное давление в движущейся жидкости падает из-за гидродинамических причин до или ниже некоторой критической величины. При обычных условиях критическое давление равно давлению насыщенного пара 2 или несколько ниже его. [c.418]

СТАДИИ РАЗВИТИЯ И ТИПЫ КАВИТАЦИИ [c.16]

Приведенные выше термины выбраны произвольно, так как в литературе по кавитации пока нет единой терминологии. Одна из причин такого положения—некоторая разобщенность исследователей, работающих в этой области. Исследователи пользовались различными методами наблюдения кавитации и проводили эксперименты в сильно отличающихся условиях. В результате возникли разные названия одного и того же типа кавитации. Термины, использованные в этой работе, выбраны авторами на основании собственного многолетнего опыта. Как будет видно из приведенных ниже определений и описаний, авторы стремились в каждом термине отразить отличительную особенность кавитации конкретного типа. [c.19]

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]

Между кавитацией в потоке жидкости и кавитацией на теле, движущемся в неподвижной жидкости, нет существенного различия, В обоих случаях важными параметрами являются относительные скорости и абсолютные давления. Если они одинаковы, то возникают одинаковые типы кавитации. Единственным различием, о котором стоит упомянуть, является более низкий уровень турбулентности в неподвижной жидкости. Кавитация в потоке жидкости часто наблюдается в относительно длинных каналах, в которых турбулентность полностью развивается до зоны кавитации. Гидравлические машины являются типичным примером комбинации этих двух случаев, В корпусе жидкость движется вдоль неподвижных направляющих поверхностей, а в рабочем колесе находятся в движении как жидкость, так и направляющие поверхности. [c.25]

Описанные выше типы кавитации имеют общую особенность, заключающуюся в том, что отдельный элемент жидкости проходит через зону кавитации только один раз. Вибрационная кавитация является новым важным типом кавитации, которому не свойственна эта особенность. Хотя она иногда происходит и в непрерывном потоке, скорость его настолько мала, что элемент подвергается воздействию не одного, а многих циклов кавитации (за период времени порядка миллисекунд). Силы, вызывающие образование и схлопывание каверн при вибрационной кавитации, представляют собой непрерывные высокочастотные колебания давления с большой амплитудой. Эти колебания создаются поверхностью, погруженной в жидкость, которая вибрирует в направлении нормали и создает волны давления в жидкости. Каверны не образуются до тех пор, пока амплитуда пульсаций недостаточно велика и давление не падает до давления насыщенного пара или ниже. Так как этот тип кавитации определяется колебаниями давления, кавитация названа вибрационной . [c.25]

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]

Все типы кавитации имеют несколько общих характеристик, которые влияют на течение и связаны с возникновением и развитием кавитационных зон. В качестве примера рассмотрим кавитацию на гладком теле вращения в гидродинамической трубе, по которой циркулирует чистая вода, не содержащая различимых пузырьков газа. [c.317]

Возникновение кавитационной зоны оказывает определенное влияние на потери, обусловленные трением в системе. Так как влияние кавитации на трение существенно отличается от влияния на сопротивление формы, эти два типа потерь энергии будут рассматриваться отдельно. Кавитация влияет на трение вследствие изменения скорости в пограничном слое. Степень воздействия кавитации на обычное течение в пограничном слое зависит от типа кавитации, типа пограничного слоя и толщины кавитационной зоны по сравнению с толщиной пограничного слоя. Скорости, при которых возникает кавитация, как правило, велики, и пограничные слои на стенках канала и погруженных телах являются турбулентными. Ламинарный пограничный слой может быть только на очень малых телах и в окрестности передней кромки или вершины больших тел. [c.320]

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]

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]

В предыдущих главах были рассмотрены различные проявления кавитации, происходящей при относительно простых условиях течения. Обычно рассматривалась одиночная кавитационная область, и течение предполагалось относительно установившимся. Предполагалось также, что в потоке развивается только один тип кавитации. Однако такие типы гидравлического оборудования как насосы, турбины или клапаны, обычно имеют сложные проточные каналы, в которых кавитация может возникнуть в нескольких областях неодновременно в зависимости от рабочих условий на установке в целом. Поэтому, чтобы проанализировать различные воздействия кавитации на такое оборудование, сначала необходимо выявить критические кавитационные области, затем определить тип кавитации, наиболее соответствующий каждой из этих областей и, наконец, оценить воздействие на каждую критическую область изменения общих условий работы. [c.605]

Все три типа кавитации — перемещающаяся, присоединенная и вихревая-—могут развиваться почти в любом гидравлическом оборудовании. Присоединенная и перемещающаяся кавитация обнаруживаются чаще всего там, где поток отрывается от направляющей поверхности. Существование вихревой кавитации связано, кроме того, с наличием при отрыве потока градиента давления, параллельного направляющей поверхности и нормального к потоку, например при образовании концевых вихрей гребного винта. Поэтому вихревая кавитация часто возникает в зонах интерференции. В настоящее время неизвестны факторы, определяющие тип кавитации (присоединенной или перемещающейся) в данной критической области. Известно только, например, что если направляющая поверхность резко отклоняется от направления потока, то развивается присоединенная кавитация. Если отклонение поверхности происходит постепенно, то может возникнуть перемещающаяся кавитация. Эти два типа кавитации часто происходят одновременно на соседних участках одной и той же рабочей лопасти. Единственное очевидное различие в условиях их возникновения связано с интервалом изменения углов атаки, который для перемещающейся кавитации меньше. [c.617]

Типы кавитации. Если предположить, что кавитация возникает самопроизвольно при р <р [см. (1.1 б)], то можно получить грубую оценку условий возникновения кавитации в установившемся потоке (некоторые существенные исключения из этого описаны в гл. XV п. 1—4). В соответствии с этим (см. п. 8) характер кавитационного течения около препятствия будет меняться в зависимости от числа кавитации Q (1.3) следующим образом (ср. [2], [1] или [45]). [c.17]

Возможны также и другие типы кавитации они будут описаны в гл. XV. Помимо срывной кавитации на спинке винта и турбинных лопаток, известна так называемая концевая кавитация, срывающаяся по спирали с концов винта, вихревая кавитация вблизи затопленных струй и акустическая кавитация , вызываемая звуком. [c.17]

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]

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]

В настоящее время неизвестны факторы, определяющие тип кавитации (присоединенной или перемещающейся) в данной критической области. Эти два типа кавитации часто имеются на соседних участках одной и той же лопасти. Единственное очевидное различие в условиях их возникновения связано с диапазоном изменения углов атаки, который для перемещающейся кавитации меньше. [c.9]

Независимо от типа кавитации ее можно разделить на стадии в зависимости от степени развития. Принято различать начальную, частичную и полностью развившуюся кавитацию. [c.9]

Шнеко-центробежные насосы представляют собой комбинацию осевого колеса и центробежного. Имеется целый ряд работ по визуальному исследованию кавитации в осевых и центробежных насосах, анализ которых позволяет выяснить места локализации кавитационных зон, типы кавитации и влияние режима работы насоса [12, 30, 35, 41, 50, 52, 54, 73, 75, 98, 109—111, 121, 127, 130, 133]. [c.11]

Перечисленные допущения представляются естественными не только для кавитации с присоединенной каверной, но и в тех случаях, когда присоединенная каверна отсутствует. В дальнейшем при построении качественной теории не будем делать различия между этими двумя типами кавитации. Под объемом кавитационной полости следует понимать суммарный объем всех кавитационных каверн, расположенных в области, охваченной кавитацией. [c.44]

Френкель [647] провел теоретическое исследование электрических разрядов при кавитации. Он рассчитал электрическое поле между двумя стенками полости, образующейся в жидкости в результате внезапного разрыва. Френкель различает два типа кавитации равновесную кавитацию и кавитацию при разрыве. Возникновение равновесной кавитации связано с медленным понижением давления ниже давления паров жидкости, причем образуются сферические полости. Кавитация второго типа возни кает при быстром понижении давления, которое имеет место в ультразвуковых волнах, и приводит к образованию линзообразных полостей. Согласно теории Френкеля, электрические разряды могут происходить лишь в последнем случае. Это подтверждается тем, что при кавитации, обусловленной чисто гидродинамическими причинами, например при истечении жидкости из сопла, не наблюдаете никакой люминесценции. [c.511]

Если в радиальноосевых турбинах кавитационная зона может распространиться по всей поверхности втулки рабочего колеса, то в поворотно-лопастных турбинах и осевых насосах этот тип кавитации носит локальный характер. Изолированные кавитационные зоны возникают, как правило, из-за местной неравномерности потока в местах прилегания внутренних торцов лопастей к втулке и на цилиндрическом участке поверхности втулки под грибками лопастей. [c.48]

Первый тип кавитации аблюдается в потоке за рабочими колесами гидротурбин и насосов, за гребными винтами судов и т. 1П. При этом типе кавитации смытые с поверхности деталей гидромашин кавитационные пузырьки замыкаются в потоке, вдали от обтекаемой поверхности. В этом случае энергия, выделяющаяся при замыкании пузырьков, передается окружающей среде — жидкости и весь процесс ие оказывает епосредствениого воздействия яа поверхность обтекаемого тела. Такой тип кавитации приводит в основном к снижению к. п. д. гидромашин, появлению шума и вибрации рабочих органов. [c.8]

Для выяснения влияния неравномерной установки лопастей на возникновение II типа кавитации автор проводил сравнительные испытания на шестилопастном рабочем колесе с неизменным углом установки лопастей и, изменяя угол установки первоначально одной, а затем последующих лопастей через одну в диапазоне 3°. Сравнение полученных результатов не дало какой-либо существенной разницы в характеристиках. Как показано на рис. 7-27, при больших значениях коэффициента кавитации а величина Пр в основном равна значению, соответствующему I типу кавитации, хотя состояние потока в этом случае неустойчивое и наблюдается тенденция ко II типу кавитации. Таким образом, напрашивается вывод, что едва ли неравномерная установка лопастей рабочего колеса может привести ко II типу кавитации, вызывающему увеличение Пр выше нормального значения. [c.151]

Ищии отметил, что все описываемые опыты проводились на модели диаметром 200 мм при напоре 10 лг и тем самым было выдержано рекомендованное для модельных исследований значение числа Рейнольдса. Кроме того, автором были проведены контрольные испытания двух типов состояния разгона пропеллерной турбины в условиях кавитации на модели диаметром 350 мм при напоре 10 м, которые подтвердили результаты, полученные при испытаниях модели диаметром 200 мм. Аналогичные исследования, выполненные автором на моделях радиально-осевых и диагональных турбин диаметром соответственно 400 и 300 мм, не выявили II типа кавитации в гидромашинах этих типов. [c.154]

При коррозионных растрескивании и усталости основное воздействие механического фактора определяется действием растягивающих напряжений первого рода, т. е. напряжений макромасштабных, уравновешиваемых в объемах, соизмеримых с размерами детали. Для разрушений типа кавитации основную роль играют напряжения второго рода, т. е. микронапряжения, уравновешивающиеся в пределах элементов структуры металлов. При эрозии или истирающей коррозии характерно воздействие напряжений третьего рода (субмикромасштабных), уравновешивающихся в пределах элементов кристаллической решетки. Механическое воздействие в этом случае распространяется, главным образом, на поверхностные слои атомов структуры металлов или оксидные пленки. [c.109]

Перевод книги выполнен группой переводчиков С. П. Козыревым (гл. 1), А. Н. Вишняковым (гл. 2, 6, 10, 12), В. А. Хохряковым (гл. 3—5, 8, 9) и Э. А. Ашратовым совместно с А. Н. Вишняковым (гл. 7). При переводе и редактировании столь разнообразной по тематике книги встретились значительные трудности в связи с упомянутой особенностью стиля авторов, а также в связи с обилием терминов, не имеющих устойчивых эквивалентов в научно-технической литературе на русском языке. Стараясь в большинстве случаев использовать термины, наиболее употребительные в специальной отечественной литературе, мы в ряде случаев (например, при классификации типов кавитации) сохранили терминологию авторов. При пересчете размерных величин, приведенных в англо-американской системе единиц, была использована техническая система единиц [c.8]

Хотя установлено, что существует несколько различных типов кавитации, визуально все они одинаковы и напоминают размытое облако пены (фиг. 1.1). На приведенной фотографии отчетливо видна зона кавитации на носовой части тела вращения простейшей формы, установленного в рабочей части гидродинамической трубы. Собственно кавитация наблюдается редко, так как она обычно происходит в закрытых непрозрачных каналах. Поэтому более известны проявления кавитации, а не ее внешний вид. Кавитационная зона кажется размытой при визуальном наблюдении или несколько расфокусированной на обычной фотографии, поскольку кавитация по существу представляет собой высокоскоростное явление, в котором движение происходит настолько быстро, что его подробности не улавливаются глазом и не фиксируются с достаточной резкостью при выдержках обычных фотокамер. [c.15]

Следует также отметить два различных состояния, которые в определенных условиях свойственны некоторым из перечисленных типов кавитации — нестационарное и квазистацио-нарное. [c.19]

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]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...