- •Гидрогазодинамика
- •Лекция 1. Предмет «гидрогазодинамика». История развития
- •Лекция 2. Основные свойства жидкостей и газов
- •Гидростатическое давление
- •Уравнение поверхности равного давления
- •Равновесие жидкости при наличии негравитационных массовых сил
- •Эпюра гидростатического давления
- •Давление жидкости на плоскую стенку
- •Давление жидкости на криволинейные стенки
- •Закон Архимеда
- •Лекция 5. Капиллярные поверхностные силы
- •Кинематика точки в криволинейных координатах
- •Лекция 7. Поле скоростей и ускорений сплошной среды
- •Траектории частиц и линии тока
- •Интенсивность вихря. Вторая теорема Гемгольца
- •Циркуляция скорости
- •Функция тока плоского течения
- •Лекция 11. Методы расчета потенциальных потоков
- •Лекция 12. Наложение потенциальных потоков
- •Уравнение Бернулли для идеальной жидкости
- •Лекция 15. Уравнение энергии
- •Параметры торможения потока
- •Лекция 17. Возмущения в газе при движении тела
- •Критические параметры потока
- •Энтропия потока
- •Лекция 18. Сопло лаваля
- •Лекция 19. Приведенная скорость газа
- •Лекция 21. Прямой скачок уплотнения.
- •Лекция 22. Косой скачок уплотнения
- •Сверхзвуковое течение Прандтля-Майера
- •Обтекание плоской стенки
- •Обтекание выпуклой криволинейной стенки
- •Истечение из плоского сопла с косым срезом
- •Лекция 23. Движение газа в соплах
- •Сужающиеся сопла
- •Режимы течения в сопле Лаваля
- •Рабочий процесс эжектора
- •Лекция 25. Расчет газового эжектора
- •Критические режимы работы эжектора
- •Характеристики эжектора
- •26.2. Уравнение Бернулли для элементарной струйки реальной жидкости
- •Лекция 27. Основы теории гидродинамического подобия
- •Лекция 28. Режимы движения жидкости
- •Ламинарное течение жидкости
- •Лекция 29. Турбулентное течение жидкости
- •Лекция 30. Пограничный слой
- •Лекция 31. Гидравлические сопротивления и потери напора
- •Гидравлический расчет простого трубопровода
- •Гидравлический расчет сложных трубопроводов
- •Гидравлические характеристики трубопроводов
- •Истечение жидкости через затопленное отверстие
- •Истечение жидкости при переменном напоре
- •Истечение через насадки
- •Кавитация
- •Гидравлический удар
Кавитация
Кавитацией называется образование в текучей жидкости полостей, заполненных паром или газом. Это явление возникает в тех случаях, когда в каких-нибудь местах потока из-за больших местных скоростей статическое давление в жидкости р снижается настолько, что становится меньше давления насыщения рн. В этом состоянии в соответствующих местах потока начинается бурное испарение жидкости, и возникают полости в виде пузырей, заполненных паром под давлением рн. Если при дальнейшем продвижении потока давление в нем повышается, то в образовавшихся полостях пар конденсируется и полости смыкаются. Такое смыкание кавитационных пузырей обычно сопровождается резким треском.
Часто кавитация возникает при движении жидкости в канале, сначала сужающемся, а затем опять расширяющемся. Даже если в широкой части канала давление жидкости значительно превосходит давление насыщения, то при ускорении потока в узкой части давление может снизиться до давления насыщения. Тогда у стенок узкой и в начале расширяющейся части будет проходить образование паровых пузырьков. При дальнейшем расширении канала происходит снижение скорости и увеличение давления жидкости. Отдельные пузыри сталкиваются друг с другом и спадают.
Расчет кавитации сводится к определению скорости, при которой возможно образование паровых пузырьков. Запишем уравнение Бернулли для широкого и узкого участков трубопровода, при этом пренебрежем потерями и будем считать, что жидкость движется по горизонтальной трубе. Получим
.
Здесь рн, vн – давление насыщения и скорость потока, при которой в узком сечении трубопровода давление жидкости снижается до давления насыщения.
Для того чтобы не допустить появления кавитации, должно выполняться условие
.
Если перейти к давлению торможения
то условие отсутствия кавитации принимает вид
.
При оценке режима течения обычно пользуются средними (расходными) скоростями. В реальных потоках профиль скорости в канале неравномерен, поэтому в некоторых точках потока локальные скорости могут превышать средние значения. Если учесть, что при выводе этой формулы мы не пренебрегли потерями напора на трение, то для предотвращения кавитации должен быть предусмотрен некоторый запас по давлению.
Давление насыщения зависит от температуры жидкости. Для воды это давление приведено в табл.34.1.
Таблица 34.1. Давление насыщения воды
t,С |
20 |
40 |
60 |
80 |
100 |
120 |
150 |
200 |
250 |
300 |
р, ата |
0,025 |
0,077 |
0,2 |
0,5 |
1 |
2 |
4,9 |
16 |
41 |
88 |
Кавитация приводит к значительным потерям напора и интенсивному износу металла. Разъедание металла обычно наступает в том месте, где происходит столкновение и схлопывание пузырей. Вследствие резкого уменьшения объема пузырей части воды, до этого разделенные пузырями, сталкиваются друг с другом со значительными скоростями, что приводит к появлению высоких местных импульсных давлений. Ударные нагрузки часто дополняются увеличением интенсивности химической и механической коррозии. Воздух, выделяющийся из воды при кавитации, богаче кислородом, чем атмосферный воздух. Под действием импульсного давления этот обогащенный кислородом воздух вдавливается в поры металла, а затем после падения давления вырывается оттуда. По этой причине слой металла, близкий к поверхности, подвергается переменной нагрузке. В результате всех этих явлений на поверхности металла сначала появляются маленькие углубления и бороздки. Если кавитация продолжается длительное время, то дефекты поверхности углубляются и разрастаются вплоть до того, что с поверхности металла выпадают отдельные кусочки. Поверхность становится губчатой.