Кавитация. Кавитацией называется возникновение в движущейся жидкости областей, заполненных газом (паром)

Кавитацией называется возникновение в движущейся жидкости областей, заполненных газом (паром). Причиной их образования является падение давления в жидкости до величин, меньших величин давления насыщения при данной температуре. При дальнейшем повышении давления может происходить конденсация с исчезновением (схлопыванием) пузырьков пара. При этом поверхности оборудования, вблизи которых находятся пузырьки пара, испытывают удар, что может приводить к ее эрозии (выбивание материала поверхности), к повышенной вибрации оборудования, а также к его разрушению.

Рис. 7.19

Кавитационные явления могут возникать в тех местных сопротивлениях, где наблюдается значительное увеличение скорости из-за сужения потока с последующим его расширением, например в трубках Вентури, диффузорах, соплах и т.д.. (рис. 7.19).

В узкой части потока (сечение 2-2) происходит падение давления и создаются условия для возникновения кавитации. При дальнейшем расширении потока (сечение 3-3) происходит возрастание давления (так как уменьшается скорость) и может происходить схлопывание пузырьков.

Расчет кавитации сводится к определению минимального давления p₂ в узком сечении, равного давлению насыщения, при котором возникает кавитация. Для определения p₂ запишем уравнение Бернулли применительно к сечениям 1-1 и 2-2 (рис. 7.19), разместив плоскость сравнения по центру канала, т.е. z₁= z₂= 0

.

Отсюда

или

.

Кавитационные явления приводят к увеличению коэффициентов местных сопротивлений и, следовательно, местных потерь напора. В качестве безразмерного критерия, определяющего кавитационные свойства местных сопротивлений, используют так называемое число кавитации s

,

где p₁, u₁ – давление и скорость перед местным сопротивлением;

p_кp – минимальное давление, при котором возникает кавитация (обычно оно равно давлению насыщения).

Величину давления парообразования p_кр для различных жидкостей можно найти в физических справочниках. Величина p_кр для воды приведена в таблице.

Из приведенных данных следует, что при вода закипает при давлении 17 мм рт.ст.

Кавитация возникает не только при движении жидкости в трубах и каналах, но и при внешнем обтекании тел, например, на лопатках гидромашин,

гребных винтов и т.п. При больших скоростях их вращения скорости течения среды могут быть настолько большими, что в некоторых областях давление падает до давления парообразования. Как следствие, возникает кавитация, которая приводит к увеличению сопротивления (потерь энергии), появлению вибрации и кавитационных шумов и, возможно, к разрушению конструкции. В связи с этим при проектировании гидромашин необходимо стремиться к обеспечению такого кавитационного числа s, при котором кавитационные явления должны быть исключены.

Задача 1 Построить характеристики двух последовательно соединенных трубопроводов и найти их суммарную характеристику при следующих исходных данных (рис. 7.20): ; ; ; ; ; , где - эквивалентная шероховатость. Потери напора в местных сопротивлениях не учитывать.

Решение. Потеря напора определяется по формуле

, (а)

где

; .

Рис. 7.20

Задаваясь рядом значений , по формуле (а) находится потеря напора . По этим результатам строятся характеристики первого и второго трубопроводов (1 и 2) (рис. 7.21). Затем находится их суммарная характеристика 1+2 путем сложения потерь напора при неизменном расходе.

Рис. 7.21

Глава 8