|
|
рок. Если степень развития К. такова, что возникает и охлопывается 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 оы 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 ыетастабильной. Прочность воды на разрыв, вычисленная при уч╦те тепловых флуктуации, равна 1500 кг/см2. Реальные жидкости менее прочны. Макс. растяжение тщательно очищенной воды, достигнутое при темп-ре воды 10 СС, составляет 280 кг/см2. Обычно жо разрыв возникает при давлениях лишь немного меньших давлений насыщ. пара. Низкая прочность реальных жидкостей связана с наличием в них т. н. к а в и т а ц. зародыше И: плохо смачиваемых участков поверхности обтекаемого тола, тв╦рдых частиц, частиц с трещинами, заполненными газом, микроскопии, газовых пузырьков, предохраняемых от растворения мономолекулярными органич. пл╦нками» ионных образований.
Если кавитац. зародыш имеет форму газового пузырька радиуса Л0, содержащего водяной пар при давлении насыщения ри, то статич. давление, при к-ром он теряет ∙ устойчивость и начинает неограниченно расширяться, выражается ф-лой
где РП ≈ равновесное внсттт. давление, 7? ≈ радиус расширяющегося пузырька, о" ≈ поверхностное натяжение жидкости. Движение границы зародыша в предположении, что жидкость идеальна и несжимаема, а течение около пузырька сферически симметрично и изменение объ╦ма газа происходит адиабатически, описывается ур-нием
з (АН \2 , 1 2с 1
Вснлывание и деформация такой кавитациоаной ка-
п
верны будут определяться Фруда числом Fr=ven/t(d, где g ≈ ускорение силы тяжесГги, a d ≈ иек-рый характерный линейный размер. Т. к. рк может быть много больше pttt то и таких условиях возможно при малых скоростях набегающего потока получать течения, соответствующие очень низким значениям и, 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 уда╦тся, т. к. практически невозможно одновременно получить малые значения у. и большие Fr, а также смоделировать процесс уноса газа из каверны.
Гидродинамич. К. может сопровождаться рядом фпя.-хим. эффектов, напр, искрообразованием и люминесценцией. Обнаружено влияние электрич. тока и маги, 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. п. 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 корпуса ракеты.
Замыкание кавитац. пузырьков вблизи поверхности обтекаемого тела часто приводит к разрушению по-
~
(2)
где у ≈ показатель адиабаты, р ≈ 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. к. числом
кавитации х=2{/>«,≈ pn)/pvn (гДе Р<*> и УШ ≈ давление и скорость набегающего потока), К-роо служит одним из критериев подобия, моделирующих Гидродинамич. течения. При моделировании наступления К. iio числу к наблюдается масштабный эффект, заключающийся в более рапном возникновении К. при испытаниях с большей скоростью или на телах больших размеров.
Увеличение скорости потока после начала К. влеч╦т 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 к<1 приближ╦нно обратно пропорционально к, тогда как сопротивление тела, образующего каверну, слабо зависит от к.
Если внутрь каверны через тело, около к-poro 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 рн
о *
а давлением газа внутри каверны рк: х~2 (р»≈
Рис. 3. Участок разрушенной поверхности гребного винта.
верхности ≈ т. н. кавитац. эрозии (рис. 3). Теория эрозионного процесса не завершена. Наиб, распространенная 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. ка-витац. трубах, представляющих собой обычные гид-родинамич. 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; Корнфелъд ВД., Упругость и прочность жидкостей, М.≈ Л., 1951; Горшков А. С., Р у с о ц к и и А. А,, Навигационные трубы, 2 изд., Л., 1972; Псрник А. Д., Проблемы напитации, 2 изд., Л., 1966; Искусственная кавитация, Л,>1971;КнэппР.,
<
5:
227
15'
