Одно из наиболее ранних устройств, используемых для создания кавитации в лабораторных условиях, представляет собой диск, к которому прикреплены два или более образцов, симметрично расположенные около его обода. Диск вращается с большой частотой, при этом в областях низкого давления (вблизи передней кромки образцов) в специальных «возбудителях» кавитации (кавитаторах), расположенных перед образцами, образуется скопление пузырьков [87, 106]. Кавитаторами могут быть выступы или отверстия в диске, как, например, показано на рис. 3.[ ...]
Преимущества. 1) Достаточно хорошо воспроизводятся реальные условия обтекания, особенно для подводных крыльев судов и гребных винтов. 2) Можно легко изменять и регулировать скорость диска. 3) Можно легко изменять скорость эрозии путем изменения размеров и (или) формы кавитаторов.[ ...]
Недостатки. 1) Трудно изменить или измерить местное давление вблизи образцов. 2) Требуется достаточно большой объем жидкости. 3) Трудно предотвратить загрязнение и коррозию, поскольку вследствие применения различных материалов, их относительного движения и размеров системы не удается полностью изолировать образец от конструкции установки. 4) Непригодны для изучения совместного действия эрозии и коррозии, поскольку движение образца усложняет проведение электрохимических измерений.[ ...]
Существует много конструкций гидродинамических труб, применяемых для изучения эрозии. Три из них показаны на рис. 4. В каждой конструкции рабочая жидкость протекает через сужение, в котором увеличивается скорость и соответственно уменьшается давление, что приводит к образованию ядер кавитации. В первом устройстве (рис. 4, а) сужение создается державкой из нержавеющей стали; в верхней по потоку части державки имеется отверстие для образования пузырьков, а испытуемый образец располагается ниже по потоку, где происходит схлопывание пузырьков [33]. В устройствах, показанных на рис. 4 б, в, понижение давления создается за счет уменьшения поперечного сечения, а образцы вставляются в стенку трубы.[ ...]
В первых двух устройствах (рис. 4, а, б) течение жидкости параллельно поверхности образца и основным механизмом эрозии, вероятно, является струйное воздействие от пузырьков, схлопывающихся вблизи поверхностей образца [35]. В отличие от этого в устройстве, показанном на рис. 4, в, в созданном выступами сужении развивается течение с высокой степенью турбулентности и происходит образование двух скоплений пузырьков, сталкивающихся с образцом под углом ,30°. В этом случае происходит значительно более интенсивное разрушение [16], которое, вероятно, вызывается в большей степени ударной волной от скопления схлопывающихся пузырьков, чем струями, образующимися при схлопывании одиночных пузырьков.[ ...]
Недостатки. 1) Требуется большой объем жидкости, которую необходимо поддерживать при постоянных давлении и температуре. 2) Как и в устройствах с вращающимся диском, очень трудно изолировать образец от конструкции и, следовательно, трудно избежать коррозии и загрязнения. 3) Интенсивность эрозии обычно невелика, поэтому эксперименты занимают больше времени, чем в других устройствах. (Отметим, что при изучении совместного действия эрозии и коррозии этот недостаток может стать преимуществом.) 4) Сооружение системы может оказаться дорогостоящим, и для ее размещения потребуется большое помещение.[ ...]
Принципиальная конструкция наиболее употребительного и простого устройства для создания кавитации в лабораторных условиях показана на рис. 5, а. Составной частью этого устройства является магнитострикционный или пьезоэлектрический преобразователь, который колеблется с частотой несколько килогерц. К этому элементу прикреплен металлический наконечник прямоугольной, экспоненциальной или катеноидной формы для усиления амплитуды колебаний, которая на конце наконечника достигает 20—100 мкм. Когда нижняя часть наконечника погружена в рабочую жидкость, под ним создается область низкого давления во время хода вверх, при этом образуется и растет скопление пузырьков; во время хода вниз давление возрастает и пузырьки схлопываются.[ ...]
Испытуемый образец можно непосредственно прикреплять к нижней части наконечника или располагать неподвижно под ним. Первая система является основой стандарта в 32-72 Американского общества по испытанию материалов (АЭТМ), однако автор считает, что она имеет ряд недостатков, которые перечислены ниже. В настоящее время разрабатывается новый стандарт для неподвижного расположения образца. Хоббс [42] показал, что в таком устройстве можно получить хорошую воспроизводимость результатов и что путем несложной модификации в нем можно легко регулировать температуру и давление [43].[ ...]
Преимущества. 1) Обеспечивают хорошую имитацию вибрационной кавитации. 2) Являются простыми, сравнительно недорогими и не требуют много места. 3) Не требуют больших объемов жидкости. 4) Высокая интенсивность кавитации уменьшает время испытаний. 5) Можно легко регулировать температуру и давление рабочей жидкости. 6) При использовании неподвижной державки можно испытывать образцы практически любых типов и размеров; единственное ограничение в этом случае состоит в том, что одна из поверхностей должна быть плоской. 7) Все металлические части конструкции, за исключением нижней части наконечника, можно легко изолировать от образца, что позволяет свести до минимума влияние коррозии и загрязнения.[ ...]
Другое устройство вибрационного типа использовалось Плессетом и Эллисом [72], и его основной частью являлся кольцевой преобразователь, который был расположен в стакане с жидкостью (рис. 5, б). Испытуемый образец размещается на дне стакана по центру, где создается облако кавитационных пузырьков. Благодаря этому образец подвергается воздействию поля напряжений, подобного тому, которое создается колеблющимся наконечником. Это устройство не получило такого широкого распространения, как вибратор с наконечником, вероятно, потому, что последний имеется в продаже.[ ...]
Рисунки к данной главе:
| Конструкция устройства с вращающимся диском для изучения |
 |