КАВИТАЦИЯ


КАВИТАЦИЯ
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. значения ркр (в реальной жидкости ркр прибл. равно давлению насыщ. пара этой жидкости при данной темп-ре). Если понижение давления происходит вследствие больших местных скоростей в потоке движущейся капельной жидкости, то К. наз. гидродинамической, а если вследствие прохождения звук. волн большой интенсивности — акустической.
Гидродинамическая К. Для идеальной однородной жидкости вероятность образования пузырьков за счёт разрыва жидкости становится заметной при больших растягивающих напряжениях; так, напр., теор. прочность на разрыв воды равна 1,5•108 Па (—1500 кгс/см2). Реальные жидкости менее прочны. Макс. растяжение тщательно очищенной воды, достигнутое при растяжении воды при 10°С, составляет — 2,8•107 Па (— 280 кгс/см2). Обычно же разрыв возникает при давлениях, лишь немного меньших давления насыщ. пара. Низкая прочность реальных жидкостей связана с наличием в них т. н. кавитац. зародышей: микроскопич. газовых пузырьков, тв. ч-ц с трещинами, заполненными газом, и др. Мельчайшие пузырьки газа или пара, двигаясь с потоком и попадая в область давления р<ркр, сильно расширяются в результате того, что давление содержащегося в них пара и газа оказывается больше, чем суммарное действие поверхностного натяжения и давления в жидкости. В результате на участке потока с пониженным давлением (напр., в трубе с местным сужением) создаётся довольно чётко ограниченная «кавитац. зона», заполненная движущимися пузырьками.
После перехода в зону повыш. давления рост пузырька прекращается, и он начинает сокращаться. Если пузырёк содержит достаточно много газа, то по достижении им мин. радиуса он восстанавливается и совершает неск. циклов затухающих колебаний, а если газа мало, то пузырёк захлопывается полностью в первом периоде жизни.
Сокращение кавитац. пузырька происходит с большой скоростью и сопровождается звук. импульсом (своего рода гидравлическим ударом) тем более сильным, чем меньше газа содержит пузырёк. Если степень развития К. такова, что в случайные моменты времени возникает и захлопывается множество пузырьков, то явление сопровождается сильным шумом со сплошным спектром от неск. сотен Гц до сотен и тысяч кГц. Если кавитац. каверна захлопывается вблизи от обтекаемого тела, то многократно повторяющиеся удары приводят к разрушению (к т. н. кавитац. эрозии) поверхности обтекаемого тела — лопастей гидротурбин, гребных винтов кораблей (рис.) и др. гидротехн. устройств.
При данной форме обтекаемого тела К. возникает при нек-ром, вполне определённом для данной точки потока, значении безразмерного параметра
КАВИТАЦИЯ1
где р — гпдростатич. давление набегающего потока, рн— давление насыщ. пара, r — плотность жидкости,
КАВИТАЦИЯ2
Участок разрушенной поверхности гребного винта.
v?— скорость жидкости при достаточном удалении от тела. Этот параметр наз. «числом кавитации», служит одним из критериев подобия при моделировании гидродинамич. течений. Увеличение скорости потока после начала К. вызывает быстрое возрастание кол-ва кавитац. пузырьков, затем происходит их обьединение в общую кавитац. каверну, после чего течение переходит в струйное (см. СТРУЯ).
Если внутрь каверны через тело, около к-рого возникает К., подвести атм. воздух или иной газ, то размеры каверны увеличатся. При этом установится течение, к-рое будет соответствовать числу кавитации, определяемому уже не давлением насыщенного водяного пара рн, а давлением газа внутри каверны рк, т. е. c=(p?-pк)/rv2?. Т. к. величина рк может быть много больше рн, то в таких условиях при малых скоростях набегающего потока можно получать течения, соответствующие очень низким значениям c, т. е. сильному развитию К. Так, при движении тела в воде со скоростью 6—10 м/с хар-р его обтекания может соответствовать скоростям до 100 м/с. Кавитац. течения, получающиеся в результате подвода газа внутрь каверны, наз. искусственной К.
Гидродинамич. К. может сопровождаться рядом физ.-хим. эффектов, напр. искрообразованием и люминесценцией. Обнаружено влияние электрич. тока и магн. поля на К., возникающую при обтекании цилиндра в гидродинамич. трубе.
К. оказывает вредное влияние на работу гидротурбин, жидкостных насосов, гребных винтов кораблей, жидкостных систем высотных самолётов и т. д., снижает их кпд и приводит к разрушениям. К. может быть уменьшена при увеличении гидростатич. давления, напр. помещением устройства на достаточной глубине по отношению к свободной поверхности жидкости, а также подбором соответствующих форм элементов конструкции, при к-рых вредное влияние К. уменьшается. Эксперим. исследования К. проводятся в гидродинамич. трубах, оборудованных системой регулирования статич. давления (т. н. кавитац. Трубы).

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. . 1983.

КАВИТАЦИЯ

(от лат. cavitas - пустота) - образование в капельной жидкости разрывов сплошности с появлением полостей (т. н. кавитац. пузырьков), заполненных газом, паром или их смесью, в результате местного понижения давления.
012-14.jpg
Рис. 1. Навигационный пузырь на торцовой поверхности вибрирующего стержня (десятикратное увеличение).

Если понижение давления происходит вследствие возникновения больших местных скоростей в потоке движущейся жидкости, то К. наз. гидродинамической, а если вследствие прохождения акустич. волн, то акустической (см. Кавитация акустическая).Гидродинамич. К. возникает в тех участках потока, где давление понижается до нек-рого критич. давления р кр. Минимумы давления возникают на криволинейных твёрдых телах, а при наличии сильной завихренности - и во внутр. областях жидкости. При этом присутствующие в жидкости пузырьки газа или пара (рис. 1), двигаясь с потоком жидкости и попадая в области давления р<р кp, приобретают способность к неогранич. росту. После перехода в область, где p>p кр рост пузырька прекращается и он начинает сокращаться. Если пузырёк содержит достаточно много газа, то по достижении им мин. радиуса он восстанавливается и совершает неск. циклов затухающих колебаний, а если мало, то пузырёк замыкается полностью в 1-м периоде жизни.
012-15.jpg
Рис. 2. Навигационная зона в трубке с местным сужением.

Т. о., вблизи обтекаемого тела создаётся довольно чётко ограниченная зона, заполненная движущимися пузырьками (рис. 2). Сокращение кавитац. пузырька происходит с большой скоростью и сопровождается звуковым импульсом тем более сильным, чем меньше газа содержит пузырёк. <Если степень развития К. такова, что возникает и cхлопывается множество пузырьков, то явление сопровождается сильным шумом со сплошным спектром от неск. сотен Гц до сотен кГц. Спектр расширяется в область низких частот по мере увеличения макс. радиуса пузырьков. <Если бы жидкость была идеально однородной, а поверхность тела, с к-рым она граничит, идеально симметричной, то разрыв происходил бы при давлении значительно более низком, чем давление насыщенного пара жидкости, при к-ром жидкость становится метастабильной. Прочность воды на разрыв, вычисленная при учёте тепловых флуктуации, равна 1500 кг/см 2. Реальные жидкости менее прочны. Макс, растяжение тщательно очищенной воды, достигнутое при темп-ре воды 10 °С, составляет 280 кг/см 2. Обычно же разрыв возникает при давлениях лишь немного меньших давлений насыщ. пара. Низкая прочность реальных жидкостей связана с наличием в них т. н. кавитац. зародышей: плохо смачиваемых участков поверхности обтекаемого тела, твёрдых частиц, частиц с трещинами, заполненными газом, микроскопич. газовых пузырьков, предохраняемых от растворения мономолекулярными органич. плёнками, ионных образований. <Если кавитац. зародыш имеет форму газового пузырька радиуса R0, содержащего водяной пар при давлении насыщения р н,то статич. давление, при к-ром он теряет устойчивость и начинает неограниченно расширяться, выражается ф-лой
012-16.jpg
где р0 - равновесное внеш. давление, R - радиус расширяющегося пузырька, s - поверхностное натяжение жидкости. Движение границы зародыша в предположения, что жидкость идеальна и несжимаема, а течение около пузырька сферически симметрично и изменение объёма газа происходит адиабатически, описывается ур-нием
012-17.jpg
где g - показатель адиабаты, r - массовая плотность жидкости. Решение ур-ния (2) имеет важные приложения в вопросах кипения перегретых жидкостей, акустич. кавитации, кавитац. эрозии и т. д. <Гидродинамич. К. характеризуется т. н. числом кавитации 012-18.jpg (где р: и v:- давление и скорость набегающего потока), к-рое служит одним из критериев подобия, моделирующих гидродинамич. течения. При моделировании наступления К. по числу (наблюдается масштабный эффект, заключающийся в более раннем возникновении К. при испытаниях с большей скоростью или на телах больших размеров. <Увеличение скорости потока после начала К. влечёт за собой более быстрое возрастание числа развивающихся пузырьков, вслед за чем происходит их объединение в общую каверну и течение переходит в струйное. Для плохообтекаемых тел, обладающих острыми кромками, струйный вид К. формируется очень быстро. Макс. площадь поперечного сечения и длина пространств, каверны при (Ъ1 приближённо обратно пропорционально (, тогда как сопротивление тела, образующего каверну, слабо зависит от (.Если внутрь каверны через тело, около к-рого возникает К., подвести атм. воздух или иной газ, то размеры каверны увеличиваются. При этом установится течение, к-рое будет соответствовать числу К., определяемому уже не давлением насыщ. водяного пара р н, а давлением газа внутри каверны р к:012-19.jpgВсплывание и деформация такой кавитационной каверны будут определяться Фруда числомFr=v2:/gd,где g- ускорение силы тяжести, a d - нек-рый характерный линейный размер. Т. к. р к может быть много больше р н,то в таких условиях возможно при малых скоростях набегающего потока получать тeчения, соответствующие очень низким значениям (, т. е. глубоким степеням развития К. Так, при движении тела в воде со скоростью 6-10 м/с можно получить его обтекание, соответствующее скоростям до 100 м/с. Кавитац. течения, получающиеся в результате подвода газа внутрь каверны, наз. искусств. К. Однако полное моделирование методом искусств. К. получить не удаётся, т. к. практически невозможно одновременно получить малые значения (и большие Fr, а также смоделировать процесс уноса газа из каверны. <Гидродинамич. К. может сопровождаться рядом физ.-хим. эффектов, напр., новообразованием и люминесценцией. Обнаружено влияние электрич. тока и магн. поля на К., возникающую при обтекании цилиндра в гидродинамич. трубе. Большое практич. значение в технике имеет изучение К. в криогенных и кипящих жидкостях. <Наличие К. неблагоприятно сказывается на работе гидравлич. машин, турбин, насосов, судовых гребных винтов, что заставляет принимать меры к избежанию К. Если это оказывается невозможным, то в нек-рых случаях полезно усилить развитие К., создать т. н. режим суперкавитации, отличающийся струйным характером обтекания, и, применив спец. профилирование лопастей, обеспечить благоприятные условия работы механизмов. Развитие К. в гидросистемах ракет может приводить к автоколебаниям и оказывать воздействие, напр., на продольную устойчивость коpпуса ракеты. <Замыкание кавитац. пузырьков вблизи поверхности обтекаемого тела часто приводит к разрушению поверхности - т. н. кавитац. эрозии (рис. 3).
012-20.jpg
Рис. 3. Участок разрушенной поверхности гребного винта.

Теория эрозионного процесса не завершена. Наиб, распространённая точка зрения на природу явления состоит в том, что оно обусловлено многократным воздействием на поверхность обтекаемого тела ударных давлений, сопровождающих схлопывание кавитац. пузырьков; окислит. процессы также играют нек-рую роль. <Эксперим. исследования К. проводятся в т. н. кавитац. трубах, представляющих собой обычные гидродинамич. трубы, оборудованные системой регулирования статич. давления. Эрозионные испытания разл. материалов часто осуществляются посредством магнитострикц. вибраторов, на торце к-рых легко возбуждаются К. и сопутствующая ей эрозия. Лит.: Седов Л. И., Плоские задачи гидродинамики и аэродинамики, 2 изд., М., 1966; Корнфельд М., Упругость и прочность жидкостей, М.- Л., 1951; Горшков А. С., Русецкий А. А., Навигационные трубы, 2 изд., Л., 1972; Перник А. Д., Проблемы кавитации, 2 изд., Л., 1966: Искусственная кавитация, Л..1971:Каэпп Р.,Дейли Дж., Xэммит Ф., Кавитация, пер. о англ., М., 1974; Френкель Я. И., Кинетическая теория жидкостей, Л., 1975; Левковский Ю. Л., Структура навигационных течений, Л., 1978; Иванов А. Н., Гидродинамика развитых кавитационных течений, Л., 1980. А. Д. Перник.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. . 1988.


.

Синонимы:

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 — – 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 — 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… …   Энциклопедия Кольера

  • 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

Книги

  • Кавитация, И. Пирсол. Книга И. Пирсола рассказывает о кавитации - явлении, часто возникающем в движущейся жидкости. Кавитация приводит к разрушению рабочих поверхностей гребных винтов, подводных крыльев, турбин и… Подробнее  Купить за 250 руб
Другие книги по запросу «КАВИТАЦИЯ» >>


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»

We are using cookies for the best presentation of our site. Continuing to use this site, you agree with this.