Явище кавітації - студопедія

У деяких випадках при русі рідини в закритих руслах відбуваються явища, пов'язані зі зміною агрегатного стану рідини, тобто з перетворенням її в пар, а також з виділенням з рідини розчинених у ній газів. Наприклад, при перебігу рідини через місцеве звуження труби збільшується швидкість і падає тиск. Якщо тиск при цьому досягає значення, рівного тиску насичених парів цієї рідини при даній температурі, або тиску, при якому починається виділення з неї розчинених газів, то в даному місці потоку починається інтенсивне пароутворення (кипіння) і виділення газів. У розширюється частини швидкість потоку зменшується, а тиск зростає, тому утворення парів і виділення газів припиняється. Виділилися пари конденсуються, а гази поступово знову розчиняються в рідині.

Це місцеве порушення сплошноті течії з утворенням парових і газових бульбашок (каверн), обумовлене місцевим падінням тиску в потоці, називається кавітацією. Кавітація сопровождахарактерним шумом, а при її тривалому впливі - ерозійним руйнуванням металевих стінок. Це пояснюється тим, що конденсація бульбашок пари (і стиснення бульбашок газу) відбувається зі значною швидкістю. Частинки рідини, що заповнюють порожнину конденсирующегося бульбашки, спрямовуються до його центру і в момент завершення конденсації, тобто при схлопуванні бульбашки, викликають місцеві удари, тобто занчительной підвищення тиску в окремих точках. Тому матеріал при кавітації руйнується не там, де виділяються бульбашки, а там, де вони конденсуються.

Каітація, обумовлена ​​виділенням парів рідини, відбувається по-різному в однокомпонентних і багатокомпонентних рідинах. У багатокомпонентних рідинах, що складаються з різних фракцій, при кавітації спочатку скипають легкі фракції, а розпочнемо важкі. Конденсація же парів відбувається в зворотному порядку - спочатку випадають важкі фракції, потім - легкі. Парова фаза в багатокомпонентних рідинах утримується довше, і процес кавітації виражений менш різко, ніж в однокомпонентних рідинах.

В окремих випадках виникнення кавітації можливо також і без розширення потоку слідом за його звуженням, а також в трубах постійного перерізу при збільшенні геометричній висоти і гідравлічних втрат.

Для характеристики місцевих гідравлічних опорів щодо кавітації застосовується безрозмірний критерій, званий числом кавітації:

де і - тиск, і швидкість потоку в перерізі труби перед місцевим опором (наприклад, звуженням). Значення, при якому в місцевому опорі починається кавітація, називається критичним числом кавітації. Число визначається в основному формою місцевого опору, хоча в деякій мірі на нього може впливати і число Рейнольдса.