Вот это явление — возникновение в турбулентном потоке разрывов сплошности жидкости — образование каверн и носит название кавитации.
Разрушительное действие кавитации. При конденсации пара внутри каверн, окружающая жидкость устремляется к их центру с огромной скоростью, вследствие чего стенки каверн смыкаются, происходит столкновение жидких частиц и возникает гидравлический удар. В местах смыкания и исчезновения кавитационных каверн повышение давления вследствие гидравлических ударов достигает значительной величины. По приближенным расчетам повышение давления в центре каверны в момент ее исчезновения, при наиболее невыгодных предположениях достигает 1500 атм. Среднее значение давления, неоднократно полученное при помощи пьезокварцевого датчика, помещенного в область кавитации, достигает нескольких сотен (до 1000) атмосфер. Это показывает, что вышеуказанные теоретические расчеты точечного повышения давления достаточно правильно определяют порядок величин. При конденсации пара внутри каверн не только развиваются огромные давления, но и значительно повышается температура. Были проведены опыты, при которых эту температуру определяли по вспышке несмачиваемых взрывчатых порошков; она оказалась равной + 230° С. При сжатии кавитационного пузырька наблюдаются также электрические явления, вызывающие его свечение. Это свечение объясняется электрическим разрядом, который происходит в кавитационной полости при ее образовании. Громадные давления, возникающие в момент завершения кавитационного гидравлического удара и последующего расширения паровоздушной смеси каверны, вызывают упругие колебания соседних частиц жидкости с частотой звуковых колебаний. Эти вибрации, передаваясь металлу, вызывают быстрое разрушение его поверхности, особенно большое, если металл отличается хрупкостью. Гладкие полированные поверхности, отражая колебания, менее подвергаются кавитационному разрушению (эрозии). Неровные поверхности в значительной мере поглощают энергию упругих колебаний, а потому интенсивно разрушаются. Таким образом, если поверхность начала разрушаться, то, приобретая мелкогубчатую структуру, она продолжает разрушаться с возрастающей скоростью. Разрушению металла несомненно способствует, помимо указанного механического, также и химическое действие кавитации.. Последнее обусловлено тем, что кислород воздуха в момент его выделения из воды, взаимодействуя с паром, газом и твердым металлом в условиях быстрого и резкого изменения давления и температуры обладает весьма высокой химической активностью. Однако главной причиной разрушения металла следует считать все же механическое воздействие гидравлических ударов и вибраций на поверхность обтекаемых тел, находящихся в зоне кавитации. Это подтверждается тем, что кавитационные разрушения были получены на таких химически стойких материалах, как стекло, агат и золото. Обычно областями возникновения кавитации являются поверхности у выходных кромок лопастей рабочего колеса с тыльной их
|
