Существует несколько классификаций кавитации, каждая из которых различается принципом, положенным в ее основу. По условиям возникновения и физическим особенностям различают следующие виды кавитации: перемещающаяся (пузырьки движутся вместе с жидкостью); присоединенная (поток жидкости отрывается от границы твердого тела с образованием полости, содержащей мелкие нестационарные каверны); вихревая (пузырьки образуются в центре вихрей, возникающих в зонах, где имеют место большие касательные напряжения, например на концах лопастей гребных винтов); вибрационная (возникает вследствие вибраций поверхности твердого тела или пульсации давления в жидкости).
По условиям проявления различают кавитации: профильную (поток жидкости отрывается от обтекаемого профиля и образует каверны), щелевую (возникает при движении жидкости через зазор), срывную (образуется при обтекании неровностей изнашиваемой поверхности).
Процесс кавитационного изнашивания включает три стадии: зарождение и рост кавитационных пузырьков, их схлопывание и гидродинамический удар. Возникновение кавитации, т. е. переход локальных объемов жидкости в парообразное состояние, возможно путем снижения статического давления или подвода к ней тепловой, электрической или другой энергии. Рассмотрим эти стадии на примере кавитации в потоке жидкости, движущейся по каналу с переменным сечением. Изменение сечения может быть вызвано сужением канала (сопла, каналы турбомашин, улита насоса) либо наличием препятствия, расположенного в потоке жидкости (трубопроводы, содержащие клапаны и распределительные устройства, расходомеры проточного типа, сопряжения, в которых толщина зазора соизмерима с максимальной высотой выступов шероховатой поверхности).
При обтекании препятствия скорость движения и динамическое давление жидкости увеличиваются, а статическое давление падает до величины, обеспечивающей парообразование. Разрыв сплошности потока и интенсивное парообразование происходят в тех областях, где нерастворенный газ или неконденсированный пар, всегда имеющиеся в жидкости, снижает на 3-4 порядка ее прочность на разрыв (теоретически она может достигать 1000 МН/м2). Эти области образуют ядра кавитации / (рисунок 3.16), которые, попадая в зону низкого статического давления, вырастают в кавитационные пузырьки 2 - пустоты, заполненные паром или газом (воздухом). Выделяющийся из жидкости воздух или газ облегчает образование пузырьков.
Рисунок – 3.16 Схема образования и схлопывания кавитационных каверн
Однако в пузырьке содержание газа незначительно выше, чем в жидкости, поскольку время его существования составляет микросекунды, а этого недостаточно для заметной диффузии газа или воздуха через жидкость к кавернам. Последние, размером порядка десятков микрометров, перемещаются потоком жидкости, увеличиваясь в размерах. При достижении максимального размера пузырька потенциальная энергия WHокружающей его жидкости где Rm - радиус каверны; рк -давление окружающей каверну жидкости; рИ -давление насыщенных паров в пузырьке.
После обтекания неровности (увеличение сечения канала) скорость движения жидкости уменьшается, а статическое давление растет. Здесь происходит конденсация пара и растворение газа, сопровождающиеся схлопыва-нием пузырька. При этом запасенная потенциальная энергия превращается в кинетическую энергию молекул жидкости. Это способствует возникновению избыточного давления, нагреву локальных участков поверхности твердого тела и протеканию химической и электрохимической коррозии. Однако определяющим результатом схлопывания кавитационных пузырьков является механическое воздействие жидкости на поверхность твердого тела, приводящее к ее разрушению.
Существует две модели, объясняющие возникновение очагов разрушения при кавитации. Согласно одной из них, при схлопывании пузырька возникает
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.