Cтраница 3
Здесь следует отметить, что начальное давление Р0 в описанных выше расчетах можно считать суммой парциальных давлений газа и пара. Таким образом, предполагается, что пар ведет себя при сжатии как газ. Согласно другому предположению, РО представляет собой только парциальное давление газа, а скорость конденсации в процессе схлопывания достаточно велика, чтобы поддерживать pv на постоянном уровне, несмотря на то, что газ сжимается адиабатически. При постоянном значении pv температуры жидкости и водяного пара постоянны и одинаковы. [31]
Время, необходимое для образования и схлопывания перемещающейся каверны в том случае, когда главную роль играет инерция, обычно составляет несколько тысячных долей секунды. Поэтому в такую каверну может попасть лишь немного больше воздуха, чем содержится в слое воды, которая, испаряясь, заполняет каверну. Даже если предположить, что в процессе образования каверны в нее диффундирует в несколько раз больше воздуха из окружающей жидкости, то и тогда он окажет слабое влияние на динамику пузырька, за исключением самых начальных стадий роста и самых конечных стадий схлопывания. В процессе схлопывания этот воздух вновь растворится в жидкости, но не полностью благодаря выравнивающему действию диффузии, о котором говорилось в разд. Поэтому имеется избыток газа, идущий на образование новых ядер из каждой схлопывающейся каверны, хотя они, по-видимому, весьма малы, так как при схлопывании развиваются очень высокие давления. [32]
Экспериментально в лабораторных условиях установлено, что при схлопывании пузырьков вблизи границы или в поле градиента давления они редко сохраняют сферическую симметрию. Численные исследования схлопывания пузырьков, сохраняющих сферическую форму с учетом таких свойств реальной жидкости, как сжимаемость [22, 23, 25, 26], вязкость [25, 26] и поверхностное натяжение [25, 26], показали, что в типичных случаях, когда расстояние от центра схлопывания равно начальному радиусу пузырька, давление, действующее на поверхность, недостаточно велико, чтобы вызвать наблюдаемое образование впадин на поверхности различных сравнительно прочных материалов. Однако давление, развивающееся при повторном образовании пузырьков, наблюдаемом во многих экспериментах, достаточно велико. В этих расчетах предполагалось, что в процессе схлопывания центр схлопывания не смещается заметно к поверхности, хотя теоретически можно показать, что некоторое смещение должно произойти даже в неподвижной жидкости. [33]
Было рассчитано течение жидкости около каверны при адиабатическом сжатии газа в ней ( у 1 4) от начального давления /) о10 - 3 и 10 - 4 атм при РОО. Как следует из фиг. Обращение течения сопровождается волной сжатия, которая движется от центра схлопывания, постепенно становясь все круче, и превращается в ударную волну. Аналогичные результаты получены для PQ Q-4 атм, однако в этом случае ударная волна образуется быстрее. С увеличением содержания газа в пузырьке давление при схлопыва-нии убывает и гидравлический удар получается более слабым. В процессе схлопывания и повторного образования каверны максимум давления достигается на некотором расстоянии от ее стенки. После схлопывания это максимальное давление уменьшается приблизительно пропорционально 1 / г при движении от центра схлопывания. [34]
Двуокись углерода далеко не всегда можно считать настоящим газом. Однако ее тройная точка ( температура, при которой все фазы - твердая, жидкая и газообразная - находятся в равновесии) соответствует 216 К, а критическая температура - 304 К. Таким образом, при температуре ниже 304 К двуокись углерода может существовать в жидком виде. При комнатной температуре давление насыщенного пара двуокиси углерода составляет - 60 ат, а критическое давление - 75 ат. Можно только гадать о том, какие термодинамические процессы происходят при образовании и схлопьшании каверн, заполненных смесями водяного пара и двуокиси углерода. Почти определенно можно сказать, что этот процесс не является адиабатическим как при расширении, так и при схлопывании пузырька. Вполне вероятно, что в процессе схлопывания часть двуокиси углерода вновь растворяется в окружающей жидкости, а часть конденсируется и переходит в жидкое состояние. [35]
В общем случае как скрытая теплота парообразования, так и удельная теплоемкость жидкости влияют на скорость роста и схлопывания пузырька. Чем больше скрытая теплота парообразования, тем больше требуется тепла, чтобы заполнить растущую каверну паром заданной плотности. Так как это тепло отбирается только от слоя жидкости, непосредственно примыкающего к каверне, охлаждение такой жидкой оболочки пропорционально отобранному у нее количеству тепла. Удельная теплоемкость жидкости - другой фактор, который непосредственно влияет на падение температуры жидкости в результате испарения. Степень самоохлаждения жидкости может играть большую роль в случае кавитации, происходящей при высокой температуре и высоком давлении. Степень самоохлаждения может быть достаточно большой, чтобы заметно повлиять на кавитацию путем эффективного понижения давления насыщенного пара в данной области. Самоохлаждение жидкости может также оказать влияние и на процесс схлопывания каверн. Освобождающееся при конденсации тепло вызывает уменьшение скорости схлопывания и, следовательно, ослабление разрушающего действия кавитации. [36]
Он применил свой метод для расчета кавитационных пузырьков, наблюдавшихся на оживальной головной части снаряда, описанного в разд. Предполагая, что при малой плотности пузырьков в качестве Роо можно использовать давление при отсутствии кавитации, численным интегрированием получим результаты, подобные представленным на фиг. Результаты расчета сравниваются с экспериментальными данными по развитию пузырька в начале и в конце периода роста. Расчетное время схлопыва-ния несколько меньше, чем измеренное. Совпадение по порядку величины свидетельствует, что изменение температуры на стенке пузырька под действием тепла, выделяющегося при конденсации пара в процессе схлопывания, не превышает 1 С. Следовательно, предположение о постоянстве значения pv, вероятно, оправданно, за исключением самого конца фазы схлопывания. В течение этого периода пар ведет себя подобно газу, давление возрастает, а скорость схлопывания снижается. Заметим также, что в предположении постоянного давления в каверне получается бесконечно большая скорость схлопывания, в то время как с учетом увеличения давления в каверне получается конечное значение скорости. [37]