Кризис течения в капельных жидкостях, запирание каналов по расходу. Меры борьбы с кавитацией.
Кризис течения в капельных жидкостях разрешается кавитацией – образованием парогазовых пузырьков, нарушающих сплошность течения. Это происходит при снижении статического давления до давления насыщающих паров при данной температуре. Расстояние между молекулами становится критическим, межмолекулярные связи начинают рваться, что приводит к образованию паровых или парогазовых пузырьков. При их продвижении в область повышенного давления пузырьки схлопываются. Этот процесс и называется кавитацией.
На твердых поверхностях схлопывание сопровождается локальным гидроударом, давление в точке может достигать сотен атмосфер. Этот процесс приводит к эрозионному разрушению обтекаемой поверхности, шуму, тряске, снижению КПД и выходу гидроагрегата из строя. Эрозия возникает из-за насыщения поверхностного слоя материала гидроагрегата газом и жидкостью. При возникновении кавитационных пузырьков давление в них снижается очень резко, что приводит к выдавливанию газа и жидкости из поверхностного слоя материала в пузырьки. Этот процесс сопровождается вырывом микрочастиц материала поверхности.
Кавитация возникает на входе в гидроагрегаты, в местных сужениях трубопроводов, при больших скоростях внешнего обтекания (на поверхностях гребных винтов, быстроходных колес гидравлических насосов и турбин).
Кавитация возникает при падении давления до критического:
коэффициент
поверхностного натяжения;
постоянная, зависящая от массы газа
внутри пузырька;
абсолютная температура жидкости;
давление насыщающих паров.
Для характеристики степени развития кавитации используется коэффициент кавитации:
скорость потока,
при которой в жидкости давление падает
до
.
При
кавитация не возникает, при
потери на гидравлическое сопротивление
возрастают с уменьшением
.
Факторы, влияющие на возникновение кавитации:
Инородные включения в состав жидкости, изменяющие ее смачиваемость, снижение которой облегчает появление разрывов на границе жидкости и тела;
Растворенные в жидкости газы уменьшают разрушение поверхности, так как смягчают гидроудар при схлопывании, но облегчают появление самой кавитации;
Шероховатость поверхности приводит к появлению вихрей и пониженного давления за выступами, что ускоряет появление кавитации на обтекаемой поверхности;
Большая протяженность области пониженного давления приводит к укрупнению пузырьков до размеров каверн и усилению интенсивности кавитации.
Методы предотвращения кавитации:
Повышение давления перед местом возможного возникновения кавитации:
Снижение скорости потока за счет увеличения сечения канала;
Подкачивающие насосы;
Наддув в емкость, из которой осуществляется отбор жидкости;
Дегазация жидкости – освобождение масла от растворенного в нем воздуха с помощью центробежных газоотделителей;
Фильтрация – для очистки жидкости от инородных примесей, для предотвращения износа рабочих поверхностей.
Появление кавитации в сечении канала приводит к запиранию по расходу этого сечения, то есть достижение предельного значения расхода для данного канала. Снижение давление за сечением приведет к увеличению интенсивности кавитации, вместо увеличения расхода.