Кавитация в текущих жидкостях возникает тогда, когда местное давление падает ниже давления насыщенного пара. Минимумы давления возникают на криволинейных твердых границах, а при наличии сильной завихренности — во внутренних областях жидкости.[ ...]
При обтекании погруженных в жидкость тел, а также при течении через криволинейные или вначале сужающиеся, а затем расширяющиеся каналы линии тока искривляются под действием градиентов давления, нормальных к местному направлению течения. Если центр кривизны лежит за твердой границей, минимальное давление достигается на стенке, и давление здесь уменьшается с ростом кривизны при постоянных скорости и давлении невозмущенного потока. При достаточно большой кривизне падение давления приводит к растяжению жидкости, и возникает кавитация. Она препятствует дальнейшему увеличению отклоняющей силы, действующей на жидкость, и поэтому при большой кривизне стенки жидкость отрывается от нее и между стенкой и жидкостью образуется заполненная паром присоединенная каверна, расположенная в области минимума давления. При дальнейшем течении жидкость вновь присоединяется к стенке, но в некоторых случаях обтекания погруженных тел внутри каверны может находиться вся хвостовая часть тела, и каверна оканчивается в жидкости вниз по потоку от тела. Такую каверну называют суперкаверной.[ ...]
Исследуя присоединенные неподвижные каверны, Кнэпп [33—35] установил, что они могут быть стационарными или не-стационарными (циклический процесс) в соответствии с условиями присоединения на их нижнем по потоку конце. Циклическое поведение можно описать тремя фазами: 1) образование и рост; 2) заполнение; 3) отрыв. Присоединенная каверна растет до некоторой конечной длины, определяемой скоростью и давлением невозмущенного потока. На нижнем по потоку конце каверны линия тока в жидкости, если угол присоединения отличен от нуля, должна оканчиваться в точке торможения на твердой стенке. Так как давление на поверхности раздела каверны равно давлению насыщенного пара, а давление в точке торможения — давлению торможения в потоке жидкости, линия тока, идущая в точку торможения, должна проходить на малом расстоянии от поверхности раздела каверны. Тонкий слой жидкости между поверхностью раздела каверны и этой линией тока направляется внутрь каверны, которая заполняется жидкостью во время периода заполнения, в течение которого дли-иа каверны приблизительно постоянна. Установлено, что в течение периодов роста и заполнения перемещающиеся каверны, примыкающие к присоединенной каверне, находятся, по существу, в слое жидкости, заполняющем каверну. Отрыв происходит тогда, когда каверна полностью заполнена жидкостью (возможно, несколько раньше). Затем перемещающиеся каверны, содержащиеся в заполняющей жидкости, ускоряются в направлении течения, и весь процесс повторяется.[ ...]
Образование каверн внутри жидкости связано с завихренностью достаточно большой интенсивности, такой, что давление в центре вихря падает ниже критической величины. Вследствие сохранения момента количества движения в вихре время жизни каверн такого типа продолжительное, и можно ожидать, что схлопывание их будет медленным. Примером присоединенной каверны вихревого типа является «концевая» каверна, наблюдаемая на судовых гребных винтах. Перемещающиеся нестационарные каверны вихревого типа наблюдаются обычно в следах и струях.[ ...]
При обтекании погруженного в жидкость плохо обтекаемого тела потери количества движения в пограничном слое обычно вызывают отрыв основного потока на небольшом расстоянии за областью максимума скорости. После отрыва поток имеет вид свободного, почти равномерного потока, движущегося с постоянной скоростью и окружающего область жидкого следа за телом, в которой скорости малы. В турбулентном слое смешения между двумя потоками жидкости под действием большого касательного напряжения образуются вихри, в центре которых давление может стать столь малым, что начинается кавитация. Эти каверны перемещающиеся. Если скорость течения возрастает, вихревая кавитация усиливается. При очень больших скоростях за телом развивается заполненная паром суперкаверна, как было описано выше, когда речь шла о присоединенных кавернах.[ ...]
Случай входа жидкой струи в неподвижную жидкость аналогичен проблеме следа, и в сдвиговом слое между струей и окружающей ее жидкостью может возникать вихревая кавитация.[ ...]
Вернуться к оглавлению