Cтраница 3
При ударе капли в точке соприкосновения капли с поверхностью твердого тела возникает волна сжатия, которая, распространяясь по капле, отражается от поверхности раздела капля-воздух и возвращается к месту удара в виде волны разрежения. В зоне разрежения возникают кавитационные пузыри. [31]
При увеличении скорости вероятность возникновения кавитационных пузырей в капле значительно возрастает. Было установлено, что время существования кавитационного пузыря в растекающейся капле составляет около 0 0014 сек. [32]
Причиной эрозионного разрушения они считали непосредственные удары жидкости при быстром захлопывании кавитационных пузырьков. Предполагалось, что удар происходит по твердому телу, помещенному внутри кавитационного пузыря. Но формула Кука неприменима для этого случая, так как при R - v 0 она дает бесконечное значение давления. [33]
Кавитация возникает при нарушении сплошности потока жидкости. Образующиеся в результате этого пустоты заполняются паром и воздухом, получаются кавитационные пузыри. Захлопывание этих пузырей вблизи поверхности металла приводит к его разрушению. При кавитации образуются редкие глубокие питтпнги, которые, сливаясь, образуют сквозные отверстия в металле. [34]
В первом случае амплитуды и спектр частот пульсаций давления зависит от числа оборотов насоса и числа лопаток колеса и направляющего аппарата. При кавитации наблюдаются более высокие частоты пульсаций, однако хаотическое захлопывание кавитационных пузырей, сопровождаемое излучением волн давления, создает широкий спектр возмущающих сил. [35]
Опыты проводились в воде, в растворе КС1 и в толуоле, в котором обычная коррозия металлов не наблюдается. При рассмотрении механизма кавитационной эрозии Уиллер предлагает различать два случая: 1) в некоррозионной жидкости ударные давления при разрушении кавитационных пузырей ( если сила удара выше предела текучести) вызывают деформации сдвига на микроучастках, особенно у границ зерен, что в конечном счете приведет к выкрашиванию зерен. Он допускает возможность местного повышения температуры под воздействием кавитационных ударов; 2) в химически активных коррозионных жидкостях при определенных условиях доля потерь веса от коррозии якобы может достигать до 50 % полной потери веса образца при эрозии. [36]
При малых скоростях соударения, когда давления, возникающие при ударе капли о поверхность, меньше предела упругости материала, эрозионные разрушения на первый взгляд не должны возникать. Однако в действительности при многократных ударах капель они происходят, по-видимому, за счет механического воздействия воды при потере устойчивости формы и несимметричном смыкании кавитационных пузырей, возникающих при растекании капли по поверхности детали. [37]
В турбинах, работающих на водяном паре, относительные скорости капель конденсата при ударе о передние кромки лопатки рабочих колес не настолько велики, чтобы непосредственно вызывать разрушение материала, поскольку известно, что эрозионный износ лопаток появляется не сразу. Здесь основную роль в эрозионном разрушении ( во всяком случае на первом его этапе, когда еще не образовались глубокие язвины и не происходит выкрашивание зерен материала под воздействием ударов отдельных капель) играют, по-видимому, гидравлические удары, возникающие при несимметричном смыкании кавитационных пузырей, которые появляются при растекании капли по поверхности лопаток. [38]
Кавитацией принято называть образование в жидкости разрывов ( кавитационных полостей, каверн, кавита-ционных пузырей) под действием больших растягивающих напряжений, возникающих либо при обтекании помещенных в жидкость тел, либо при распространении в ней ультразвуковых колебаний. При колебаниях давления в объеме жидкости кавитационные пузырьки попеременно возникают и исчезают, оставаясь приблизительно в одном и том же участке жидкости. В текущей жидкости кавитационные пузыри возникают там, где при увеличении скорости давление в потоке в соответствии с уравнением Бернулли снижается до величины давления насыщенного пара. [39]
Теоретические расчеты Кука и Релея, о которых шла речь в предыдущем параграфе, базируются на представлении о кавитационном пузыре, сохраняющем сферическую или полусферическую форму в течение всего времени своего существования. Однако в действительности дело обстоит иначе. Проведя оптические исследования и фотографирование кавитации на магнитострикционном вибраторе, они установили, что кавитационные пузыри очень легко теряют устойчивость формы. Как только гидродинамические силы превысят силу поверхностного натяжения, пузырек деформируется. [40]
Разрушение, или, как принято говорить, захлопывание кавита-ционных пузырей при переносе их потоком в область с давлением выше критического происходит чрезвычайно быстро и сопровождается своего рода гидравлическими ударами. Наложение большого числа таких ударов приводит к появлению характерного шипящего звука, который всегда сопутствует кавитации. И, наконец, в подавляющем большинстве случаев кавитация сопровождается разрушением поверхности, на которой возникают и некоторое время существуют кавитационные пузыри. Это разрушение, являющееся одним из самых опасных последствий кавитации, называют кавитационной эрозией. Механические повреждения рабочих органов гидравлических машин в результате кавитационной эрозии могут за относительно короткий срок достигнуть размеров, затрудняющих их нормальную эксплуатацию и даже делающих ее практически невозможной. [41]
При со 3 со о пузырь совершает колебания, более или менее близкие к гармоническим. При С о во время полупериода с отрицательным мгновенным давлением пузырь резко увеличивается в размере, а в следующий полупериод, когда мгновенное давление становится положительным, пузырь лопается, особенно если Ра достигает критической величины. Таким образом, разные пузыри начнут разрушаться в различные промежутки времени и с различной скоростью. В момент захлопывания кавитационного пузыря мгновенные скорости достигают сверхзвуковых величин, и образуются ударные микроволны. Если, например, радиус пузыря составляет 1 мкм, частота 4 Мгц, амплитуда давления 4 am, то, как показывает расчет, в ударных микроволнах давление может достигать нескольких тысяч атмосфер за период в 1 / 4 мксек. В действительности давление будет меньше, ибо вследствие вязкости и сжимаемости ударные волны затухают и, кроме того, пузыри могут начать разрушаться в результате нестабильности Рэлея - Тейлора. [42]
При со ю о пузырь совершает колебания, более или менее близ -, кие к гармоническим. При со С со 0 во время полупериода - с отрицательным мгновенным давлением пузырь резко увеличивается в размере, а в следующий полупериод, когда мгновенное давление становится положительным, пузырь лопается, особенно если Ра достигает критической величины. Таким образом, разные пузыри начнут разрушаться в различные промежутки времени и с различной скоростью. В момент захлопывания кавитационного пузыря мгновенные скорости достигают сверхзвуковых величин, и образуются ударные микроволны. Если, например, радиус пузыря составляет 1 мкм, частота 4 Мгц, амплитуда давления 4 am, то, как показывает расчет, в ударных микроволнах давление может достигать нескольких тысяч атмосфер за период в 1 / 4 мксек. В действительности давление будет меньше, ибо вследствие вязкости и сжимаемости ударные волны затухают и, кроме того, пузыри могут начать разрушаться в результате нестабильности Рэлея - Тейлора. [43]
При о 2 ю о пузырь совершает колебания, более или менее близкие к гармоническим. При со to 0 во время полупериода с отрицательным мгновенным давлением пузырь резко увеличивается в размере, а в следующий полупериод, когда мгновенное давление становится положительным, пузырь лопается, особенно если Рв достигает критической величины. Таким образом, разные пузыри начнут разрушаться в различные промежутки времени и с различной скоростью. В момент захлопывания кавитационного пузыря мгновенные скорости достигают сверхзвуковых величин, и образуются ударные микроволны. Если, например, радиус пузыря составляет 1 мкм, частота 4 Мгц, амплитуда давления 4 am, то, как показывает расчет, в ударных микроволнах давление может достигать нескольких тысяч атмосфер за период в 1 / 4 мксек. В действительности давление будет меньше, ибо вследствие вязкости и сжимаемости ударные волны затухают и, кроме того, пузыри могут начать разрушаться в результате нестабильности Рэлея - Тейлора. [44]
Относительно низкая стойкость чугунных гильз обусловлена особенностью структуры серого чугуна, а также условиями работы и охлаждения гильзы цилиндра. Кдвитационная эрозия охлаждаемой водой поверхности чугунной гильзы начинается на участках, расположенных против окон перепуска охлаждающей воды из одного отсека рубашки в другой. Уменьшение площади сечения потока в этих местах приводит к резкому увеличению скорости движения воды и, следовательно, резкому снижению давления. Это приводит к образованию в потоке кавитационных пузырей. Быстрое сокращение кавитационных пузырей сопровождается гидравлическими ударами, вызывающими разрушение металла на поверхности гильзы. [45]