Cтраница 1
Перемещающаяся кавитация представляет собой тип кавитации, при которой в жидкости образуются отдельные нестационарные каверны или пузырьки, движущиеся вместе с ней, одновременно расширяясь, сокращаясь и затем схлопываясь. Такие перемещающиеся нестационарные пузырьки могут возникать в точках низкого давления на твердой границе и в объеме жидкости либо в ядре движущихся вихрей, либо в области вязкого течения с высоким уровнем турбулентности. Перемещение этих каверн при такой кавитации является их отличительной особенностью по сравнению с другими типами нестационарных каверн. При визуальном наблюдении невооруженным глазом перемещающаяся кавитация может показаться сплошной квазистационарной кавитационной зоной. Такой вид имеет зона кавитации на фиг. [1]
Взаимодействие перемещающейся кавитации с пограничным слоем изучено очень плохо. Фотографические исследования показывают, что скорость перемещающихся каверн почти совпадает с местной скоростью течения. Поскольку их размеры обычно гораздо больше размеров ламинарного подслоя, большую часть времени своего существования они должны находиться вне этого слоя. Вполне возможно, что каверны, схлопывающиеся вблизи пограничного слоя, могут захватываться им. [2]
Под перемещающейся кавитацией понимают образование и перемещение в потоке отдельных пузырьков и каверн, которые могут расширяться или схлопываться. Такие переносимые пузырьки и каверны могут образоваться или на поверхности тела в точках минимального давления или в ядрах движущихся вихрей. [3]
В случае перемещающейся кавитации разрушение начинается и достигает наибольшей силы в точке первого схлопывания. Если бы кавитацию можно было наблюдать визуально, то точка первого схлопывания соответствовала бы концу каверны. Однако имеются некоторые качественные данные, свидетельствующие, что вниз по течению от первой зоны разрушения иногда могут существовать вторая и третья зоны интенсивного разрушения, разделенные промежутками слабого разрушения или полного его отсутствия. Сказанное подтверждается кинограммами, полученными с помощью высокоскоростной съемки испытаний в гидродинамической трубе Калифорнийского технологического института, в соответствии с которыми многие перемещающиеся каверны ( пузырьки) схлопываются и возникают вновь по нескольку раз. При этом каждое схлопывание может служить потенциальным источником разрушения. Произойдет ли разрушение в действительности, зависит от того, достаточно ли велико повышение давления, чтобы разрушить материал поверхности, вдоль которой течет жидкость. [4]
Кадры BbicoKocKopocTiioii киносъемки пузырьков перемещающейся кавитации. [5]
Таким образом, возникает вопрос о механизме потерь энергии в условиях перемещающейся кавитации, так как в этом случае отсутствует возвратное течение, позволяющее объяснить эти потери. Согласно простейшей гипотезе, объем каверн, образующихся в единицу времени, одинаков в обоих случаях и работа, затраченная системой на образование этих каверн, одинакова независимо от типа кавитации. Часть этой работы, которая не возвращается в систему, представляет потери энергии. В случае присоединенных каверн эти потери определяются влиянием вязкого трения в процессе смешения, вызванном возвратным течением. В случае перемещающейся кавитации энергия, требуемая для создания радиального течения около каждой пульсирующей каверны, не полностью возвращается в основной поток, а частично рассеивается вследствие вязкого трения и расходуется на образование сферических ударных волн. [6]
По крайней мере в некоторых случаях около одной и той же направляющей поверхности в одинаковых условиях могут развиваться как перемещающаяся кавитация, так и присоединенная кавитация в зависимости от физических свойств жидкости и содержащихся в ней примесей, главным образом от типа ядер кавитации. В тех случаях, когда степени кавитационной зоны одинаковы при одинаковых значениях / С, распределение давления на теле подобно для обоих типов кавитации. При этом сопротивление для обоих типов должно быть одинаковым, поскольку его можно рассчитать по распределению давления. [7]
Все три типа кавитации - перемещающаяся, присоединенная и вихревая - - могут развиваться почти в любом гидравлическом оборудовании. Присоединенная и перемещающаяся кавитация обнаруживаются чаще всего там, где поток отрывается от направляющей поверхности. Существование вихревой кавитации связано, кроме того, с наличием при отрыве потока градиента давления, параллельного направляющей поверхности и нормального к потоку, например при образовании концевых вихрей гребного винта. Поэтому вихревая кавитация часто возникает в зонах интерференции. В настоящее время неизвестны факторы, определяющие тип кавитации ( присоединенной или перемещающейся) в данной критической области. Известно только, например, что если направляющая поверхность резко отклоняется от направления потока, то развивается присоединенная кавитация. Если отклонение поверхности происходит постепенно, то может возникнуть перемещающаяся кавитация. Эти два типа кавитации часто происходят одновременно на соседних участках одной и той же рабочей лопасти. Единственное очевидное различие в условиях их возникновения связано с интервалом изменения углов атаки, который для перемещающейся кавитации меньше. [8]
Перемещающаяся нестационарная кавитация и присоединенная кавитация имеют одно общее свойство: в обоих случаях благодаря образованию полостей снимается растягивающее напряжение, которое создается в жидкости в начале зоны кавитации. Однако часто очень трудно отделить перемещающуюся кавитацию от присоединенной, при которой имеются перемещающиеся каверны, захватываемые жидкостью при движении вдоль поверхности основной каверны. [9]
Перемещающаяся кавитация представляет собой тип кавитации, при которой в жидкости образуются отдельные нестационарные каверны или пузырьки, движущиеся вместе с ней, одновременно расширяясь, сокращаясь и затем схлопываясь. Такие перемещающиеся нестационарные пузырьки могут возникать в точках низкого давления на твердой границе и в объеме жидкости либо в ядре движущихся вихрей, либо в области вязкого течения с высоким уровнем турбулентности. Перемещение этих каверн при такой кавитации является их отличительной особенностью по сравнению с другими типами нестационарных каверн. При визуальном наблюдении невооруженным глазом перемещающаяся кавитация может показаться сплошной квазистационарной кавитационной зоной. Такой вид имеет зона кавитации на фиг. [10]
Таким образом, возникает вопрос о механизме потерь энергии в условиях перемещающейся кавитации, так как в этом случае отсутствует возвратное течение, позволяющее объяснить эти потери. Согласно простейшей гипотезе, объем каверн, образующихся в единицу времени, одинаков в обоих случаях и работа, затраченная системой на образование этих каверн, одинакова независимо от типа кавитации. Часть этой работы, которая не возвращается в систему, представляет потери энергии. В случае присоединенных каверн эти потери определяются влиянием вязкого трения в процессе смешения, вызванном возвратным течением. В случае перемещающейся кавитации энергия, требуемая для создания радиального течения около каждой пульсирующей каверны, не полностью возвращается в основной поток, а частично рассеивается вследствие вязкого трения и расходуется на образование сферических ударных волн. [11]
Все три типа кавитации - перемещающаяся, присоединенная и вихревая - - могут развиваться почти в любом гидравлическом оборудовании. Присоединенная и перемещающаяся кавитация обнаруживаются чаще всего там, где поток отрывается от направляющей поверхности. Существование вихревой кавитации связано, кроме того, с наличием при отрыве потока градиента давления, параллельного направляющей поверхности и нормального к потоку, например при образовании концевых вихрей гребного винта. Поэтому вихревая кавитация часто возникает в зонах интерференции. В настоящее время неизвестны факторы, определяющие тип кавитации ( присоединенной или перемещающейся) в данной критической области. Известно только, например, что если направляющая поверхность резко отклоняется от направления потока, то развивается присоединенная кавитация. Если отклонение поверхности происходит постепенно, то может возникнуть перемещающаяся кавитация. Эти два типа кавитации часто происходят одновременно на соседних участках одной и той же рабочей лопасти. Единственное очевидное различие в условиях их возникновения связано с интервалом изменения углов атаки, который для перемещающейся кавитации меньше. [12]
Все три типа кавитации - перемещающаяся, присоединенная и вихревая - - могут развиваться почти в любом гидравлическом оборудовании. Присоединенная и перемещающаяся кавитация обнаруживаются чаще всего там, где поток отрывается от направляющей поверхности. Существование вихревой кавитации связано, кроме того, с наличием при отрыве потока градиента давления, параллельного направляющей поверхности и нормального к потоку, например при образовании концевых вихрей гребного винта. Поэтому вихревая кавитация часто возникает в зонах интерференции. В настоящее время неизвестны факторы, определяющие тип кавитации ( присоединенной или перемещающейся) в данной критической области. Известно только, например, что если направляющая поверхность резко отклоняется от направления потока, то развивается присоединенная кавитация. Если отклонение поверхности происходит постепенно, то может возникнуть перемещающаяся кавитация. Эти два типа кавитации часто происходят одновременно на соседних участках одной и той же рабочей лопасти. Единственное очевидное различие в условиях их возникновения связано с интервалом изменения углов атаки, который для перемещающейся кавитации меньше. [13]