Кавитация. Причины и стадии кавитации.

Кавитация. Причины и стадии кавитации.

 

          На участках многих местных сопротивлений скорости потока резко возрастают, в результате чего давление уменьшается. Если давление становится ниже давления насыщенных паров жидкости, возникает кавитация.

          Кавитация – явление, возникающее в жидкости при высоких скоростях движения жидкости, т. е. при малых давлениях. Кавитация есть нарушение сплошности жидкости с образованием паровых и газовых пузырей (каверн), вызванное падением статического давления жидкости ниже давления насыщенных паров этой жидкости при данной температуре.

 

 

 

 

         Источником кавитации являются пузырьки газа и пара, выделяющиеся в сечении с пониженным давлением. Попадая в сечение с нормальным давлением, пузырьки мгновенно исчезают под действием повышенного давления. В месте исчезновения пузырьков давление резко увеличивается, повышается температура. Кавитация неблагоприятно отражается на работе оборудования, так как возникает вибрация, шум, эрозия металла.

 

Рис. Стадии кавитации:

• a) – образование пузырьков пара;
• b) – объединение в крупные пузыри;
• c) – образование паровых каверн;
• d) – уменьшение скорости, схлопывание пузырьков, гидравлический удар, резкое местное повышение давления, откол частиц металла – кавитационная коррозия.

Кавитацию можно определить несколькими методами:

• акустическим – по появлению кавитационного шума;
• оптическим – при помощи съёмки;
• электрическим – по изменению проводимости;
• гидродинамическим – по изменению обтекания, сопротивления обтеканию;
• химическим – по усилению реакций;
• механическим – по разрушению.

 

 

Последствия кавитации:

 

         Химическая агрессивность газов в пузырьках, имеющих к тому же высокую температуру, вызывает коррозию материалов, с которыми соприкасается жидкость, в коей развивается кавитация. Эта коррозия и составляет один из факторов вредного воздействия кавитации. Второй фактор обусловлен большими забросами давления, возникающими при схлопывании пузырьков и воздействующими на поверхности указанных материалов. Кавитационная коррозия металлов вызывает разрушение гребных винтов судов, рабочих органов насосов, гидротурбин и т. п. Кавитация также является причиной шума, вибрации и снижения эффективности работы гидроагрегатов.

 

 

Меры борьбы с кавитацией:

 

• снижение скорости жидкости в трубопроводе;
• уменьшение перепадов диаметров трубопровода;
• повышение рабочего давления в гидросистемах (наддув баков сжатым газом);
• установка всасывающего отверстия насоса не выше допускаемой высоты всасывания (из паспорта насоса);
• применение кавитационно-стойких материалов.

 

Полезное применение кавитации.

 

        Хотя кавитация нежелательна во многих случаях, есть исключения. Например, в большие кавитационные пузыри обволакиваются сверхкавитационные торпеды. Существенно уменьшая контакт с водой, такие торпеды могут передвигаться значительно быстрее обыкновенных. В зависимости от плотности водной среды подобные торпеды способны развивать скорость до 370 км/ч. Кавитация применяется и для стабилизации игольчатых пуль подводных боеприпасов.

         

Рис. Скоростная подводная торпеда «Шквал»

 

 

Рис. Кавитатор торпеды «Шквал»

 

        В промышленности кавитация часто используется для гомогенизации (смешивания) и отсадки взвешенных частиц в коллоидном жидкостном составе, например, смеси красок или молоке.

Многие промышленные смесители основаны на этом принципе. Обычно это достигается благодаря конструкции гидротурбин или путём пропускания смеси через кольцевидное отверстие, имеющее узкий вход и значительно больший по размеру выход: вынужденное уменьшение давления приводит к кавитации, поскольку жидкость стремится в сторону большего объёма. С помощью этого метода можно управлять гидравлическими устройствами, которые контролируют размер входного отверстия, что позволяет регулировать процесс их работы в различных жидкостных средах. Кавитацию полезно использовать для проведения ультразвуковой очистки различных видов поверхностей. Звуковые волны в жидкости, которые образуются после того, как пузырьки лопаются, способны очистить поверхность любого предмета от загрязнений (например, ультразвуковое очищение зубов).