Коротко рассмотрим влияние этих факторов

Рассмотрим на диаграмме Р-υ (рис. 1) изотерму А-В-С-Д-Е-F-G, построенную по уравнению Ван-дер-Ваальса:

(Р + a/υ²)(υ-б) = RТ (1)

Расчетная изотерма имеет волновой характер. В действительности процесс протекает по горизонтали В-F. Начало кавитации надо ожидать в точке В.

Если понизить температуру жидкости (вторая изотерма на рис. 1), то изотерма (Т₂) будет иметь отрицательные значения давления (-Р), указывающее на то, что в жидкости возникли растягивающие напряжения.

Согласно современным представлениям разрыв сплошности происходит не на уровне молекулярных сил, а на зародышах новой фазы. Такими зародышами могут быть паровые пузырьки (при гомогенном процессе зародышеобразования), газовые пузырьки, твердые взвеси, адсорбирующие газ, другие включенные в объем жидкости неоднородности.

В связи с тем, что встречающиеся в природе и применяемые в технике (в частности компоненты ракетного топлива КРТ) содержат растворенные и нерастворенные газы, твердые частицы, они не способны выдерживать растягивающие напряжения (провести аналог с разрывом материала при растяжении). Так величина растягивающего напряжения для жидкого азота составляет 3,5·10⁵Па (эта оценка справедлива для всех криогенных продуктов). Она получена в статических условиях (пояснить это положение). В динамических условиях прочность жидкости на разрыв значительно меньше.

Содержание газов, ядер кавитации и загрязнений в жидкости

Количество растворенных газов в жидкостях подчиняется закону Генри-Дальтона:

, (2)

где V_Г, - объем растворенного газа в объеме жидкости V_Ж; Р₁ и Р₂ – начальное и конечное давления, под которыми находится жидкость (которые действуют в жидкости); α - коэффициент растворимости газа в жидкости (число объемов газа, приведенных к 20⁰ С и нормальному давлению, равному 10⁵ Па, это определяется по уравнению для газового состояния, поглощаемых единицей объема жидкости при давлении 10⁵ Па).

Обозначим V_Г/V_Ж = α, т.е. это характеристика количества газа, содержащегося в жидкости при данном давлении. Так как α является функцией давления, причем способность жидкости поглощать газ усиливается с ростом давления, то ранее растворенные газы будут выделяться из жидкости с понижением давления, что характерно для течения в местном сопротивлении.

Из этого можно сделать вывод, что наличие растворенных в жидкости газов будет способствовать раннему возникновению кавитации, т.е. потере сплошности (показать это на Р-Т диаграмме) до того, как произойдет парообразование. Реализуются условия, когда Р_кав > Р_п т.е. давления парообразования (или Р_н – давления насыщения, что часто встречается в литературе).

В объеме жидкости кроме растворенного газа содержится и нерастворенный газ в виде мельчайших пузырьков, удерживающихся на поверхности твердых частиц гидрофобного (несмачиваемого данной жидкостью) вещества. Этот газ является активным элементом центра кавитации. Опыты показывают, что под действием высокого давления большое количество пузырьков нерастворенного газа, находящегося на поверхности различных твердых загрязнений, растворяется в жидкости. Поэтому прочность жидкости будет меняться в зависимости от режимных параметров потока, текущего по гидромагистрали (от параметров трубного потока). В соответствии с этим будут меняться и кавитационные характеристики местных гидравлических сопротивлений трубопроводных систем.