Студопедия Главная Случайная страница Задать вопрос

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Эффекты кавитации




Кавитация вызывает ряд эффектов, которые могут быть разделены на первичные и вторичные. К первичным эффектам гидродинамической кавитации, возникающим в местных сопротивлениях, можно отнести:

· повышение давления вследствие захлопываний кавитационных каверн, сопровождающихся гидравлическими ударами;

· излучение звуковых импульсов (различной интенсивности и частоты);

· повышение температуры в зоне захлопывающихся каверн;

· конденсацию паров жидкости в зоне повышенного давления;

· дегазацию жидкости вследствие понижения давления в кавитационной зоне;

· люминисценцию – свечение кавитационной областм вследствие развития высоких давлений и температур в микрообъемах захлопывающихся каверн;

· изменение электрической проводимости;

· изменение коэффициента теплоотдачи и другие явления и эффекты.

К вторичным эффектам кавитации, обычно приводящим к разрушению или к изменению структуры материала стенок, ограничивающих поток или взаимодействующих с потоком, можно отнести: механическое разрушение, тепловое (температурное) разрушение, окисление (восстановление), т.к. в зоне кавитации изменяются электрический и химический потенциалы, вызывающие повышение химической активности среды и другие эффекты, например, изменяется динамика диффузионных процессов.

На основании указанных физических проявлений кавитации используются те или иные методы изучения и развития кавитации.

Изучение влияния различных эффектов кавитации на характеристики гидросистемы позволяет правильно выбрать методы защиты, например, материала от эрозии или теплового разрушения.

 

ТЕМА 2. КАВИТАЦИЯ В МЕСТНЫХ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ СОПРОТИВЛЕНИЯХ

 

В зависимости от пограничной геометрии потока кавитационные явления в местных сопротивлениях могут подразделяться на два основных типа: профильную кавитацию (или поверхностную) и срывную (или отрывную).

Профильная кавитация наблюдается на хорошо обтекаемых поверхностях элементов местных сопротивлений. Этот вид кавитации имеет место в трубах, расходомерных устройствах типа трубы Вентури, в каналах рабочих участков гидравлических агрегатов.

Срывная кавитация возникает в основном в вихрях за плохо обтекаемыми элементами гидравлических устройств. В сложных местных сопротивлениях (например, запорные и регулирующие агрегаты и устройства) одновременно могут существовать оба вида кавитации, влияя друг на друга и создавая специфические типы кавитации.

Формы кавитации. Как профильная, так и срывная кавитации могут иметь различные формы кавитационных каверн в зависимости от геометрии обтекаемого элемента и параметров течения.

Исследования показывают, что профильная кавитация в основном имеет три формы - пузырьковую, пленочную и так называемую эшелонную, а срывная кавитация – вихревую форму.

Пузырьковая форма кавитации характеризуется ростом, сокращением и схлопыванием почти сферических каверн, зарождающихся на входной кромке местного сопротивления, и проносящихся по разным траекториям через зону пониженного давления.

Пленочная (слоистая) форма кавитации представляет собой стационарную каверну, как бы прилипшую в виде тонкого слоя по периметру сжатого сечения в каком-либо элементе местного сопротивления, например, в насадке. При этом хвостовая часть каверны пульсирует, периодически отрывается и уносится потоком.

Эшелонная (или присоединенная) форма кавитации характеризуется тем, что близко идущие друг за другом схлопывающиеся почти сферические каверны расположены на одной траектории, начинающейся в некоторой неподвижной точке трубного элемента. Эти каверны образуют в среднем стационарную кавитационную область.

Вихревая форма кавитации представляет собой дискретно следующие с потоком вихри, на осях которых возникают и развиваются кавитационные каверны, не прилегающие к поверхности обтекаемого элемента.

В различных типах гидравлических устройств при обтекании системы местных сопротивлений возможно существование и других форм кавитации, определяемых разнообразным сочетанием условий и параметров процесса.

В зависимости от геометрии обтекаемого элемента и режимов течения кавитационная каверна может иметь различную форму и протяженность, может схлопываться как на самом элементе, т.е. в пределах данного местного сопротивления, так и за ним.

В тех случаях, когда каверна схлопывается на самом обтекаемом элементе или в пределах данного местного сопротивления, этот вид течения называется кратко – кавитацией. Этот режим кавитации является наиболее опасным для работы гидравлических систем, т.к. в результате схлопывания каверн возникают вибрации, шумы, а поверхности твердых тел подвергаются эррозийному разрушению.

Если же образовавшиеся в области пониженного давления пузырьки, заполненные газом и паром, сливаются в обширную каверну (суперкаверну), которая распространяется по течению на расстояние, превышающее местное сопротивление в несколько раз, то такой вид течения называется суперкавитацией.

В зависимости от величины давления за местным сопротивлением суперкаверна может заканчиваться в каком-либо месте трубопровода или гидравлической системы, т.е. происходит конденсация пара, заполняющего каверну, или вовсе не заканчиваться, а продолжаться далее по течению. В этом случае за местным сопротивлением наблюдается течение двухфазного потока без последующей конденсации.

При суперкавитации шумы и вибрации значительно ослабляются, а эррозия в самом местном сопротивлении практически отсутствует. Она может наблюдаться в том месте, где заканчивается суперкаверна.

На современном уровне исследования кавитации различают паровую кавитацию и газовую. Термином паровая кавитация принято обозначать кавитационные процессы, связанные с с ростом и схлопыванием каверны вследствие потери устойчивости зародышевого пузырька.

Газовой кавитацией называют медленный рост пузырьков, сопровождающийся диффузией газа в пузырек из раствора (газосодержащая жидкость представляет собой раствор, слабый раствор, где растворителем является жидкость, а расворенным веществом является газ).

Давления, при которых возникают газовая и паровая кавитации, могут быть определены следующим образом:

газовая кавитация Ркав.г = Рн + Рг – f(2σ/R0) (5)

паровая кавитация Ркав.п = Рн – f(2σ/R0) (6)

где 2σ/R0 – капиллярное давление или давление поверхностного натяжения.

Сопоставляя эти выражения, можно сделать вывод, что давление в кавитацонной каверне при паровой кавитации (Ркав.п ) всегда ниже давления насыщенных паров жидкости, а давление при газовой кавитации (Ркав.г) превышает Рн тем больше, чем выше давление насыщающего жидкость газа (Рг).







Дата добавления: 2015-08-29; просмотров: 323. Нарушение авторских прав

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2017 год . (0.005 сек.) русская версия | украинская версия