в чем состоит физическая картина явления кавитации

Физические основы кавитации

Под кавитацией в жидкости понимают образование заполненных паром и газом полостей или пузырьков при локальном понижении давления в жидкости до давления насыщенных паров. Соотношение содержания газа и пара в полости может быть различным (теоретически от нуля до единицы). В зависимости от концентрации пара или газа в полости их называют паровыми или газовыми.

Процесс кавитации включает в себя 2 этапа:

Этап 1: Переход жидкости в парообразное состояние.

Этап 2: Переход пара в жидкое состояние.

Кавитация возможна в любой рабочей среде, где может иметь место превращение жидкости в пар. Основной предпосылкой ее возникновения является большой перепад скоростей потока.

Кавитация возникает:

Вода в трубопроводе находится под давлением, которое выше давления, необходимого для испарения

В начальный момент в резервуаре вся энергия воды является потенциальной. Попав в трубу, потенциальная энергия преобразуется в

При сужении потока увеличивается его скорость,а с ней и кинетическая энергия. В самом узком месте (в проходном сечении) та доля энергии, что приходится на энергию давления, становится совсем малой.

Если давление в результате перераспределения энергии в пользу кинетической падает ниже давления насыщенного пара – вода начинает испаряться, появляются пузырьки, что приводит к росту давления, благодаря чему, в конце концов, пузырьки схлопываются. Пузырьки, схлопывающиеся внутри трубопровода вдали от его стенок, не представляют никакой опасности; интенсивность данного процесса зависит от давления.

При переходе в жидкое состояние пузырьки мгновенно разрушаются (происходит микровзрыв), и окружавшая пузырек жидкость резко ускоряется, чтобы заполнить возникшую пустоту, в результате возникают так называемые «микроструи» со скоростью свыше 1000 м/с

Основные факторы возникновения кавитации:

· Высокий перепад давления

· Высокая скорость потока

Кавитация– физическое явление, возможность ее возникновения зависит от условий эксплуатации.На стадии разработки и конструирования, а также при выборе арматуры для технологических трубопроводов следует учитывать кавитацию, предотвращая ее возникновение. Когда же это невозможно, надежную работу должны обеспечить правильно подобранная арматура,

стойкая к кавитационным процессам.

Дата добавления: 2015-04-19 ; просмотров: 3992 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

КАВИТАЦИЯ

Полезное

Смотреть что такое «КАВИТАЦИЯ» в других словарях:

КАВИТАЦИЯ — (от лат. cavitas пустота) образование в жидкости полостей (кавитационных пузырьков, или каверн), заполненных газом, паром или их смесью. Кавитация возникает в результате местного понижения давления в жидкости, которое может происходить либо при… … Большой Энциклопедический словарь

КАВИТАЦИЯ — (от лат. cavitas пустота), образование в капельной жидкости полостей, заполненных газом, паром или их смесью (т. н. кавитац. пузырьков или каверн). Кавитац. пузырьки образуются в тех местах, где давление в жидкости становится ниже нек рого критич … Физическая энциклопедия

Кавитация — – физическое явление, наблюдающееся в зонах разрыва сплошности жидкости и характеризующееся образованием и последующим захлопыванием парогазовых пузырьков. Примечание. Кавитация сопровождается шумом, люминесценцией, вибрацией, при этом… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

КАВИТАЦИЯ — (Cavitation) явление образования движущимся телом незаполненного водой пространства в виде борозды; может иметь место при значительных скоростях хода судна, когда вода не будет успевать заполнять образующееся за кормой воздушное пространство.… … Морской словарь

кавитация — Физическое явление, наблюдающееся в зонах разрыва сплошности жидкости и характеризующееся образованием и последующим захлопыванием парогазовых пузырьков. Примечание Кавитация сопровождается шумом, люминесценцией, вибрацией, при этом могут… … Справочник технического переводчика

кавитация — сущ., кол во синонимов: 2 • суперкавитация (1) • фотокавитация (2) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов

кавитация — Формирование пузырьков в воде, происходящее в случаях резкого увеличения скорости текущего потока на водопадах, перекатах и пр., что вызывает повышенную эрозию горных пород … Словарь по географии

КАВИТАЦИЯ — явление образования множества полостей («кавитационных пузырьков»), заполненных газом, паром или их смесью, внутри быстро движущейся жидкости в результате её холодного кипения в местах пониженного давления (напр. в вихревой зоне за гребным винтом … Большая политехническая энциклопедия

Кавитация — Моделирование кавитации Кавитация (от лат. cavitas пустота) процесс парообразования и последующей конденсации пузырьков воздуха в потоке жидкости, сопровождающийся шумом и ги … Википедия

кавитация — и; ж. [от лат. cavitas пустота]. Спец. Образование в жидкости, вследствие резкого уменьшения давления, пузырьков, полостей, заполненных газом или паром. ◁ Кавитационный, ая, ое. К ые пузырьки. * * * кавитация (от лат. cavitas пустота),… … Энциклопедический словарь

Источник

Сущность кавитационных явлений

Явление кавитации наблюдается во всех случаях, когда в какой-либо гидравлической системе происходит падение давления ниже давления насыщения.

На участке пониженного давления начинается выделение паровых пузырьков, так как упругость паров жидкости при данной температуре оказывается выше давления в этой зоне.

Перемещение потока жидкости с паровыми пузырьками в область, где давление превышает давление парообразования, вызывает интенсивную конденсацию пара. Вследствие мгновенного освобождения объема, занимаемого паром, частицы жидкости, окружающие пузырек пара, устремляются внутрь этого объема с большой скоростью. Происходит кумулятивное воздействие, сопровождающееся мгновенным местным гидравлическим ударом. Совокупность гидравлических ударов приводит к разрушению стенок каналов, к так называемой кавитационной эрозии.

Явление кавитации сопровождается вибрацией установки и шумовыми эффектами.

В центробежных насосах и других лопастных гидромашинах кавитация сопровождается падением подачи, напора, мощности и к.п.д.

В центробежном насосе кавитация возникает на лопатке рабочего колеса обычно вблизи ее входной кромки. Давление здесь значительно ниже давления во входном патрубке, что связано с возрастанием скорости при обтекании лопатки. Неравномерное поле абсолютных скоростей при подходе к лопатке также вызывает падение давления по сравнению со средним на входе. Как показывает опыт, область пониженного давления находится с тыльной стороны входной части лопаток (рисунок 3.22)

Явления кавитации изучали многие ученые. Наиболее полно этот вопрос разработан в трудах проф. С.С.Руднева.

Рассмотрим схему насосной установки со стороны всасывания (рисунок 3.23).

Составим уравнение баланса удельной энергии для всасывающего трубопровода на участке от сечения 0-0 до сечения в-в:

,

— пьезометрический напор во входном патрубке;

— скоростной напор во входном патрубке;

— гидравлические потери во всасывающем трубопроводе.

Напор во входном патрубке равен:

.

Этот напор тем больше, чем меньше высота всасывания и гидравлические потери .

При снижении напора во входном патрубке может возникнуть кавитация в рабочем колесе, так как скорость на лопатке С₁>С_B за счет уменьшения проходного сечения каналов колеса F₁ по сравнению с сечением патрубка F_B, и, следовательно, давление в этом месте .

Поэтому предлагается иметь так называемый кавитационный запас, который представляет собой превышение полного напора во входном патрубке над упругостью паров жидкости:

,

— упругость насыщенного пара жидкости.

Кавитация в центробежных насосах возникает при снижении давления всасывания ниже допустимого.

Причинами снижения давления всасывания могут быть:

1) большая высота всасывания

2) превышение подачи Q, либо числа оборотов n выше допустимого расчетного;

3) повышение температуры перекачиваемой жидкости, что вызывает увеличение упругости насыщенных паров жидкости: .

Источник

Явление кавитации

В мире имеется большое количество физических процессов, с которыми мы сталкиваемся ежедневно. Кавитация ее является исключением. Она в переводе с латинского обозначает пустоту.

Процесс кавитации

Кавитация происходит в жидких субстанциях, когда в них происходят местные изменения давления. Данное физическое явление представляет собой процесс образования пара в жидкости с последующим образованием конденсата из него в потоке жидкости. Для данного процесса характерно появление шума и гидравлических ударов. При понижении давления в жидкости образуются пузырьки, наполненные паром от нее. Уменьшение уровня давления в жидкой субстанции может случить в результате:

Это далеко не все причины, которые приводят к появлению кавитации. Одной из таких причин является прохождение потока жидкости через поток с высоким давлением. В результате пузырек с паром лопается и появляется ударная волна, которая влияет на остальные пузырьки жидкости.

Данное явление не происходит повсеместно. Для него необходимо создать определенные условия.

По своим физическим проявлениям кавитацию можно сравнить с процессом кипения. Они отличаются лишь тем, что в процессе кипения в жидкости давление внутри образующихся пузырьков равно давлению жидкости. При кавитации давление жидкости заметно меньше, чем в пузырьках с паром. При кавитации понижение давление происходит только в определенном месте.

Вред кавитации

Сегодня кавитацию активно используют во многих сферах человеческой жизнедеятельности. Однако не всегда ее применение является полезным и обоснованным. При кавитации в пузырьках жидкости образуются скопления газов. Они могут вызывать появление эрозии металлов. Агрессивное действие газов и высокая температура способны за короткое время разъесть металлы разных видов. В результате такого вредного воздействия уничтожаются винты судов, приходят в негодность насосы и гидротурбины. К тому при наличии кавитации образуются неприятные шумы, которые приводят к тому. что работа водных приборов начинает становиться менее эффективной.

Лопающиеся пузырьки жидкости приводят к тому, что в определенной области начинает повышаться давление и температура. В результате происходит ударная волна, которая провоцирует появление неприятного шума. В итоге всего этого процесса металл полностью разъедается.

При кавитации появляется высокий уровень шума, что приводит к невозможности наиболее эффективно использовать подводные лодки, которые должны быть малозаметными или вообще незаметными.

Польза кавитации

Несмотря на то, что в некоторых случаях не рекомендуется использовать кавитацию, все же есть ситуации, когда она просто необходима. В современном мире производится больше количество сверхкавитационных торпед, которые активно применяются в военных целях. Такие торпеды обладают высокой скоростью передвижения по воде. Одна из самых известных кавитационных торпед способна развить скорость до пятисот километров в час.

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.

Польза кавитации заключается в том, что она подходит для очищения различных жидких субстанций. В частности этот физический процесс незаменим при очищении топлива. Благодаря кавитации в любом виде топлива значительно сокращается количество смол.

Применение кавитации

В современном мире кавитация нашла широкое применение в различных областях. Большую роль она играет в биомедицине. Она помогает бороться с проблемами с почками. Она используется для удаления камней в этой области. Уничтожение камней осуществляется при помощи ударной волны. Для процедуры используется такой вид оборудования, как литотриптор. Он работает по принципу кавитации. Он помогает разрушать камни даже без хирургической процедуры.

Кавитацию также используют стоматологи. Благодаря этому стало возможным ультразвуковое очищение зубов.

В судостроении не редко встречается использование кавитации. В насосах и винтах судов используется это явление. Оно применяется в местах, где при соприкосновении с водой вращающиеся твердые детали понижаю ее давление. В результате она начинает нагреваться и образуются пузырьки, после лопания которых появляется характерный шум.

В военной промышленности кавитация тоже нашла свое применение. Она позволяет создавать уникальные острые виды пуль и сверхбыстрые торпеды.

Статьи по теме

Антикоррозионные средства

Антикоррозионные пигменты классифицируются на: цинковые крона, алюминий три-полифосфаты и слюдянистую окись железа.

Вещества ускоряющие высыхание красок

Сиккативы — соединения свинца, кобальта, марганца и цинка, которые, будучи добавлены в высыхающие масла, ускоряют их высыхание.

Защита трубопроводов от коррозии

Сегодня без разных видов трубопроводов невозможно представить себе жизнью Они находятся практически в каждом населенном пункте и обеспечивают коммуникации. Производств труб для прокладки под землей осуществляется из металлов самых разных типов.

Ингибитор коррозии

Ингибитор не является каким-то конкретным веществом. Так называют целуют группу веществ, которые направлены на остановку или задержку протеканий каких-либо физических или физико-химических процессов.

Источник

КАВИТАЦИЯ

КАВИТАЦИЯ, образование газовых пузырьков в жидкости. Термин был введен ок. 1894 британским инженером Р.Фрудом. Если давление в какой-либо точке жидкости становится равным давлению насыщенного пара этой жидкости, то жидкость в этом месте испаряется и образуется паровой пузырек. Примером может служить кипение воды. При нагревании воды давление ее насыщенного пара повышается. Когда достигается температура кипения, давление пара становится равным давлению окружающей среды, и в воде появляются паровые пузырьки.

Паровые пузырьки в жидкости легче образуются при пониженном давлении. Когда же давление окружающей среды становится больше давления насыщенного пара жидкости, кавитационный пузырек с силой схлопывается. Такое схлопывание пузырьков создает шум, вызывает вибрацию и повреждения конструкций, неблагоприятно отражается на работе соответствующих машин и механизмов. Местное понижение давления в жидкости происходит при быстром относительном движении тела и жидкости.

Закон Бернулли.

Согласно закону Бернулли, в жидкости без трения энергия постоянна вдоль линии тока. Это можно выразить равенством

где p – давление, r – плотность, а v – скорость. Индексы 0, 1 и 2 относятся к любым трем точкам на данной линии тока.

Из указанного равенства следует, что при увеличении скорости понижается местное давление (пропорционально квадрату скорости). Всякая частица жидкости, движущаяся по искривленной линии тока, например, огибающей профиль (рис. 1), ускоряется и претерпевает понижение местного давления. Если давление снижается до давления насыщенного пара, то возникает кавитация. Таков механизм явления кавитации на подводных крыльях, гребных винтах, лопатках турбин и лопастях насосов.

В случае жидкости, текущей по трубе, согласно закону сохранения массы (уравнению неразрывности), скорость жидкости увеличивается в местах сужения трубы, где также возможна кавитация.

Кавитационный коэффициент.

Явление кавитации совершенно одинаково и для потока, обтекающего неподвижное тело, и для среды, в которой движется тело. В обоих случаях важны лишь относительная скорость и абсолютное давление. Соотношение между давлением и скоростью, при которых происходит кавитация, дается безразмерным критерием s, который называется кавитационным коэффициентом (числом кавитации) и определяется выражением

где p_v – давление насыщенного пара жидкости при данной температуре.

Типы кавитации.

На рис. 2 представлена кавитация на неподвижном подводном крыле, снятая в высокоскоростной гидродинамической трубе. При определенной скорости течения воды местное давление у поверхности крыла понижается до давления водяного пара. На поверхности крыла появляются кавитационные каверны. Пузыри растут, смещаясь в направлении течения. (Поскольку пузыри образуются возле поверхности крыла, они имеют полусферическую форму.) Такой тип кавитации называется нестационарной (сбегающей) пузырьковой кавитацией. Если на поверхности имеется какой-нибудь выступ, то пузыри концентрируются на нем. Такая стационарная кавитация тоже показана на рис. 2.

Кавитация может происходить в зоне вихрей, образующихся в местах повышенного сдвига и пониженного давления. Вихревая кавитация часто наблюдается на передней кромке подводных крыльев, на передних кромках лопастей и позади ступицы гребного винта. Возможно одновременное возникновение разных типов кавитации. На рис. 3 представлен морской гребной винт с вихревой кавитацией на передних кромках лопастей, стационарными кавитационными кавернами на поверхности лопастей и присоединенной вихревой кавитацией позади ступицы. Кавитация в жидкости, вызываемая звуковой волной, называется акустической.

Кавитация и техника.

Скорость течения обычно сильно снижается у задней кромки профиля. Здесь давление становится выше давления пара. Как только условия, благоприятные для кавитации, исчезают, пузырьки тут же схлопываются. Энергия, высвобождающаяся при схлопывании пузырей, весьма значительна.

Эрозия.

Большая энергия, рассеиваемая при схлопывании кавитационных пузырей, может приводить к повреждению поверхностей подводных конструкций, гребных винтов, турбин, насосов и даже узлов ядерных реакторов. Масштабы такого явления, называемого гидравлической эрозией, могут быть разными – от точечной поверхностной эрозии после многих лет эксплуатации до катастрофического выхода из строя больших конструкций.

Вибрация.

Кавитация на гребных винтах может вызывать периодические колебания давления, действующего на корпус судна и силовые установки. Кавитационная вибрация судна создает дискомфортные условия для пассажиров и команды.

КПД и скорость.

Кавитация может существенно увеличивать гидродинамическое сопротивление, в результате чего снижается коэффициент полезного действия гидравлического оборудования. Чрезмерная кавитация на гребном винте может уменьшить его тягу и ограничить максимальную скорость судна; кавитация может также быть причиной снижения производительности турбины или насоса и даже срыва его работы.

Некоторая часть энергии, высвобождающейся при схлопывании кавитационных пузырей, преобразуется в звуковые волны. Такой шум особенно нежелателен на военно-морских судах, поскольку повышает вероятность их обнаружения.

Как правило, кавитация нежелательна (в морской и турбонасосной технике). Но в некоторых случаях ее вызывают намеренно. Примером может служить кавитационный гидромонитор. Большая энергия, высвобождающаяся при схлопывании кавитационных пузырей в водяной струе, используется для бурения (за счет эрозии) горных пород и для обработки поверхностей.

Биологическое действие.

При ультразвуковом медицинском обследовании в биологических тканях могут возникать и расти кавитационные пузырьки. При наличии кавитации ультразвук большой интенсивности может вызвать повреждение тканей. См. также ГИДРОЛОКАТОР; УЛЬТРАЗВУК.

Кнэпп Р., Дейли Дж., Хэммит Ф. Кавитация. М., 1974
Акуличев В.А. Кавитация в криогенных и кипящих жидкостях. М., 1978
Левковский Ю.Л. Структура кавитационных течений. Л., 1978
Иванов А.Н. Гиродинамика развитых кавитационных течений. Л., 1980

Источник