Характеристики кавитационных течений жидкости.

Лекция 17. Кавитация в жидкости.

Характеристики кавитационных течений жидкости.

Характеристики течений жидкости в гидравлических каналах трубопроводов, элементов, машин и агрегатов существенно зависят от кавитации.

Определение. Кавитацией называется явление, которое наступает в какой– либо области высокоскоростного потока жидкости, при условии, что абсолютное давление в этой области уменьшается по какой – либо причине и становится равным давлению насыщенных паров данной жидкости, соответствующему температуре жидкости в данной области потока. Например, для воды, при температуре, равной , давление её насыщенных паров (при котором вода закипает при ), составляет около .

При этом происходит очень быстрое превращение жидкости в пар во всём объёме кавитационной области, т.е. происходит кипение жидкости при температуре, равной температуре жидкости в данном потоке. В области кавитации поток жидкости (от множества образовавшихся в зоне вакуума пузырьков) вскипает и, как-бы– “разрывается “, так как существенно нарушается его сплошность. Если жидкость холодная, например вода при температуре , то в этом случае говорят, что происходит холодное кипение жидкости.

Из–за высокой скорости течения () жидкость настолько быстро проходит область пониженного давления, что растворённые в ней газы, например воздух, не успевают выделиться. В этом случае говорят, что кавитация паровая. В противном случае говорят, что кавитация– парогазовая. При паровой кавитации паровые полости и пузырьки, заполненные паром, переносятся высокоскоростным потоком в область повышенного давления. Здесь пар быстро конденсируется, а полости и пузырьки замыкаются (разрушаются) с огромной скоростью.

Паровые пузырьки, образовавшиеся в области пониженного давления (в зоне вакуума), попадая в область повышенных давлений, резко уменьшаются в размерах до микроскопических величин. При таких размерах пузырьков главную роль в уменьшении их объёма начинают играть не силы давления жидкости, а силы её поверхностного натяжения. Действующее на пузырёк дополнительное внешнее давление , созданное этими силами, стремится к бесконечности () при стремлении к нулю радиуса пузырька (, согласно формуле:

.

.

Здесь – коэффициент поверхностного натяжения жидкости, .

Поэтому процессы замыкания пузырьков происходят настолько интенсивно, что в области разрушения пузырьков пара наблюдается свечение.