Кавитация

Версия 13:36, 15 февраля 2015

Кавитационный след гребного винта

Повреждения, наносимые эффектом кавитации (часть насоса)

Кавитационные повреждения гребного винта

Общие сведения

Во многих источниках физика этого явления объясняется следующим образом. Физический процесс кавитации близок процессу закипания жидкости. Основное различие между ними заключено в том, что при закипании изменение фазового состояния жидкости происходит при среднем по объёму жидкости давлении равном давлению насыщенного пара, тогда как при кавитации среднее давление жидкости выше давления насыщенного пара, а падение давления носит локальный характер.

Однако более поздние исследования показали, что ведущую роль в образовании пузырьков при кавитации играют газы, выделяющиеся внутрь образовывающихся пузырьков. Эти газы всегда содержатся в жидкости, и при местном снижении давления начинают интенсивно выделяться внутрь указанных пузырьков.

Поскольку под воздействием переменного местного давления жидкости пузырьки могут резко сжиматься и расширяться, то температура газа внутри пузырьков колеблется в широких пределах, и может достигать нескольких сот градусов по Цельсию. Имеются расчётные данные, что температура внутри пузырьков может достигать 1500 градусов Цельсия. Следует также учитывать, что в растворённых в жидкости газах содержится больше кислорода в процентном отношении, чем в воздухе, и поэтому газы в пузырьках при кавитации химически более агрессивны, чем атмосферный воздух — вызывают в итоге окисление (вступление в реакцию) многих обычно инертных материалов.

Вредные последствия

Химическая агрессивность газов в пузырьках, имеющих к тому же высокую температуру, вызывает эрозию материалов, с которыми соприкасается жидкость, в которой развивается кавитация. Эта эрозия и составляет один из факторов вредного воздействия кавитации. Второй фактор обусловлен большими забросами давления, возникающими при схлопывании пузырьков и воздействующими на поверхности указанных материалов.

Кавитационная эрозия металлов вызывает разрушение гребных винтов судов, рабочих органов насосов, гидротурбин и т.п., кавитация также является причиной шума, вибрации и снижения эффективности работы гидроагрегатов.

Шум, создаваемый кавитацией, является особой проблемой на подводных лодках, так как снижает их скрытность. Эксперименты показали, что вредному, разрушительному воздействию кавитации подвергаются даже химически инертные к кислороду вещества (золото, стекло и др.), хотя и намного более медленному.

Кавитация ведёт к большому износу рабочих органов и может значительно сократить срок службы винта и насоса. В метрологии, при использовании ультразвуковых расходомеров, кавитационные пузыри модулируют волны в широком спектре, в том числе и на частотах излучаемых расходомером, что приводит к искажению его показаний.

Полезное применение кавитации

Явление кавитации применяют в технике и в медицине для совершенствования технологических процессов:

• в сверхкавитационных торпедах (Торпеды обволакиваются в большие кавитационные пузыри. Это существенно уменьшает контакт с водой, что позволило торпедам двигаться гораздо быстрее);
• в технологии ультразвуковой очистки поверхностей твёрдых тел,
• в технологических процессах гомогенизации смесей в промышленных смесителях,
• в измельчителях твердых включений в тяжёлые топлива,
• в генераторах водно-мазутных и водно-топливных эмульсий и смесей,
• в устройствах для снижения вязкости углеводородного топлива,
• в медицине для уничтожения камней в почках (литотрипсия), лечения целлюлита, ультразвуковой липосакции и др.

Литература и источники информации

Галерея изображений

• 

  Кавитация на подводном крыле

• 

  Кавитация на гребном винте

• 

  Cверхкавитационная торпеда "Шквал"