Пояснение процесса кавитации

При возрастании скорости потока давление в нём становится ниже атмосферного и давление жидкости уменьшается.

Если жидкость-вода и давление ниже атмосферного, то даже при обычной температуре образуются паровые пузырьки.

Например, при Р= 0,05 кГ/см² и t = 33 ⁰С объём пузырька с сухим паром в n = = 28200 раз больше объёма воды, из которого он образовался.

Где: V”- объём пара, V`- объём воды.

Когда вода с такими пузырьками попадает в область, где давление хотя бы атмосферное, паровые пузырьки схлопываются.

При схлопывании пузырька жидкость совершает работу

А= р V_х, (1)

Где: р – давление жидкости,

V_х – объём парового пузырька со степенью сухости пара x.

V_х = V` + x(V”-V`).

Работа – это энергия, а энергия бесследно не исчезает. Она преобразуется в работу кавитации, при которой создаются неправдоподобно большие давления в жидкости и на стенки трубопровода – порядка десятков тысяч атмосфер.

Примерным подтверждением этому является следующее рассуждение.

Работа А= р V_х расходуется на работу деформации сконденсировавшейся воды или стенки трубопровода.

Объём сконденсировавшейся воды составляет = 1/n = 1/28200 часть объёма парового пузырька со степенью сухости равной единице.

Хотя жидкость считается несжимаемой, но она всё-таки при повышении давления на p сжимается на величину

= p.

= 0,6 ^. 10^-4 - коэффициент объёмного сжатия.

За величину изменения давления можно принять давление кавитации, поэтому

= p_кавит .

Работа совершаемая при сжатии сконденсировавшегося объёма пара

А = р_к = р_к p_к = р_к² ; Т.о. А = р_к² (2)

Приравнивая (1) и (2), получаем: А= рV_х, (1) p V_x = р_к²

Отсюда: p_кавит = = = 21,7 ^. 10³ кГ/см². (21700 кГ/см²)

Такое большое давление может создаваться в жидкости.

Если во время схлопывания парового пузырька он прилегает к жёсткой стенке, например, трубопровода, то часть энергии расходуется на деформацию этой жёсткой стенки. В отдельных точках материала создаются напряжения, превышающие предел текучести:

p_кав >> [ _тек] .

В результате происходит усталостное точечное разрушение, называемое кавитационным.

При меньших давлениях разряжения в потоке, меньших коэффициентах сухости пара и больших температурах жидкости:

Например: р = 0,1 кГ/см²; х = 0,5; t = 45⁰С;

отношение удельных объёмов пара и жидкости уменьшается только до 7500, и соответственно уменьшается давление кавитации:

р_кав = 9,1 ^. 10³ кГ/см². (9100 кГ/см²);

Из приведенных примеров видно, что давление, создающее кавитацию, зависит от величин разряжения в жидкости и степени сухости пара внутри парового пузырька..