Причины возникновения процесса кавитации в жидкостях

Причины кавитации насоса

Кавитация насоса — это образование множества паровых пузырьков, из — за резкого перепада парциального давления перекачиваемой жидкости. Пузырьки образуются областях относительно низкого давления в улитке насоса, вокруг оси рабочего колеса насоса (крыльчатки). Пузырьки, при перемещении от оси к краю рабочего колеса, под влиянием на них высокого давления, лопаются внутри улитки насоса, производя мини — взрывную волну с высокой кинетической энергией, движущуюся со скоростью звука (или близкой к ней), таких мини — взрывов происходит множество. Кавитация может возникнуть в жидкости практически с любой вязкостью.

процесс кавитации насоса

С точки a до пунктирой линии давление падает ниже давления пара;

в точке b давление повышается;

а участке b — c жидкость поступает на подачу насоса, пузырьки подвергаются избыточному давлению и взрываются.

При кавитации на всасывания взрыв происходит ближе к точке b, при кавитации на нагнетании, взрыв происходит ближе к точке с.

(!) Чем выше температура жидкости на входе в насос и ниже давление, тем ближе к точке d произойдет взрыв пузырьков, для снижения риска вскипания жидкости и образования паровых пузырьков, можно повысить давление на входе в насос и (или) снизить температуру входящей жидкости.

Типы кавитации насоса

Существует несколько основных типов кавитации с позиции практики и с точки зрения физики возникновения процесса:

1. Кавитация всасывания;

2. Кавитация нагнетания;

3. Кавитация испарения (т.н. классическая кавитация);

4. Кавитация аспирации;

5. Кавитация турбулентности;

Типы кавитации и их особенности подробно будут рассмотрены ниже, под заголовками «Причины кавитации насоса».

(!) Различные типы кавитаций могут сочетаться. Например, паровая кавитация нагнетания или аспирационная кавитация на всасывании, смешанная кавитация — паровая и аспирационная на всасывании и т.п.

Признаки наличия кавитации насоса

2. Повышенный уровень шума (бульканье, потрескивание, звук сыплющегося гравия, как будто насос перекачивает мелкие камешки);

3. Повышение потребляемой мощности, относительно номинальной;

4. Снижение давления и объемного расхода перекачиваемой жидкости.

(Комментарий) Вращательный момент насоса расходуется не на всасывание жидкости, а на расширение пузырьков в области низкого давления. При перемещении пузырьков в зону высокого давления, вращательный момент двигателя насоса, вместо подачи жидкости из насоса, частично расходуется на сжатие пузырьков.

Причины кавитации насоса

причины кавитации насоса

Кавитация всасывания возникает при пониженном давлении всасывания насоса — перед всасывающей полостью улитки насоса. Характерным повреждением , при кавитации на всасывании является выщербленная сталь преимущественно ближе к центру крыльчатки – как бы вокруг центра и крыльчатки насоса.

Причинами пониженного давления всасывания могут быть:

— всасывающий трубопровод меньше требуемого диаметра, согласно номинального объемного расхода для данной модели насоса;

Замена или дублирование параллельным трубопроводом .

— чрезмерное давление пред всасывающей полостью насоса, превышающее максимально рекомендованное для данной модели насоса (чрезмерный подпор воды на всасывании);

Частично перекрыть задвижку на всасывании.

— заужение перед всасывающей полостью насоса, например — несоразмерный обратный клапан;

Заменить заужающий нормальное проходное сечение элемент.

— загрязненный фильтр или засоренный всасывающий трубопровод;

Почистить, устранить засор.

— недостаточный подпор воды перед всасывающим трубопроводом, если насос несамовсасывающий;

Опустить насос ниже источника воды или заменить насос на самовсасывающий.

— фактическая высота всасывания насоса (подъема жидкости с отрицательной отметки) больше номинальной для данной модели насоса;

Опустить насос ниже к источнику воды, вмонтировать бустерный насос для создания дополнительного подпора воды или заменить насос.

— слишком длинная всасывающая магистраль, превышающая номинальную (рекомендуемую максимальную длину) для данной модели насоса;

Разместить насос ближе к источнику воды, значительно увеличить диаметр всасывающего трубопровода (можно дублировать) или заменить насос.

— неоптимальная конструкция всасывающего трубопровода — много углов, подъемов, петель и проч., с вероятными воздушными пробками.

Переделать плохо сконструированный участок трубопровода.

Кавитация нагнетания возникает при чрезмерно высоком давлении нагнетания. При котором объемный расход очень низкий — менее 5% от номинального. Кавитация нагнетания замедляет подачу жидкости насосом, вследствие чего жидкость частично рециркулирует между улиткой насоса и крыльчаткой, с очень высокой скоростью, при этом образуется слой вакуума и пузырьки. Характерным повреждением кавитации нагнетания является выщербленная сталь на краях крыльчатки и на улитке насоса. При интенсивных и длительных микровзрывах пузырьков, может повредиться рабочий вал, вплоть до трещины или перелома.

Причинами повышенного давления нагнетания могут быть:

— слишком большая высота подъема жидкости, превышающая номинальную для данной модели насоса;

Поставить повышающий циркуляционный насос. При возможности снижения объемного расхода – поставить байпасный перепускной клапан на подаче насоса или заменить насос.

— нагнетательный трубопровод меньше требуемого диаметра, согласно номинального объемного расхода для данной модели насоса;

Переделать трубопровод или дублировать параллельным трубопроводом через тройники, по возможности снизить обороты двигателя насоса .

— загрязненный фильтр или засоренный нагнетательный трубопровод;

Почистить, устранить засор.

— слишком длинная нагнетательная магистраль, превышающая номинальную (рекомендуемую максимальную длину) для данной модели насоса;

Разместить насос ближе к месту подачи воды, поставить повышающий циркуляционный насос(ы)на подающей магистрали или заменить насос.

(Важно!) Чем выше температура жидкости и ниже давление на входе в насос, тем выше риск появления кавитации. При давлении ниже 0.05 бар, вода вскипит, при +30°С, в этой связи, для прекращения кавитации, повышаем давление на всасывании и (или), если допускает технологический процесс — максимально возможно снижаем температуру.

Кавитация испарения (классическая кавитация) — наиболее часто встречающийся тип кавитации с точки зрения физики возникновения, когда статическое давление в перекачиваемой жидкости, падает ниже давления пара. Вообщем — то, в подавляющем большинстве случаев, когда речь идет о кавитации наоса, имеют в виду именно ее. С практической позиции, она может быть кавитацией испарения, как на всасывании насоса, так и на нагнетании насоса.

Кавитация аспирации, когда воздух всасывается в водяной контур и перекачиваться. Вероятно образование вихрей из воздушных пузырьков. Кавитация аспирации значительно менее разрушительна, чем паровая, по причине того, что при повышении давления, воздух снова диффундирует в жидкость, этот процесс более длительный, чем резкое схлопывание пузырей пара.

Возможные пути попадания воздуха в водяной контур:

— сальниковые уплотнения насоса;

— торцевые уплотнения насоса;

— фланцы, резьбовые соединения;

— воздушные пробки, при плохой конструкции трубопроводов;

— сильно пенящиеся жидкости;

— воздушные пузыри, в том месте, откуда всасывает жидкость насос.

Кавитация турбулентности провоцируется образованием вихрей на всасывании насоса.

— Грязевые сетчатые — фильтры на линии всасывания, близко к всасывающей полости насоса, особенно неверно подобранные или смонтированные с ошибками;

— Множество загибов и петель на всасывающем трубопроводе;

Последствия кавитации насоса

1. Мини — взрывы разрушают рабочие поверхности улитки и крыльчатки;

2. Увеличиваются зазоры;

3. Снижается производительность;

4. Разбиваются подшипники, клапана и сальники;

5. Разбалансировка, повышение вибраций;

6. Повышение потребляемой мощности насоса;

Последствия кавитации насоса

Кавитация, чаще всего и наиболее выражено возникает в центробежный насосах. Центробежные насосы широко применяются при производстве чиллеров, в этой связи, инженер – холодильщик обязан знать о кавитации, чтобы при проектировании чиллера исключить вероятность этого явления или суметь диагностировать на уже работающем чиллере.

Кавитация жидкости в гидросистемах. Что такое кавитация

Под кавитацией понимается местное выделение из жидкости в зонах пониженного давления ее паров и газов (вскипание жидкости) с последующим разрушением (конденсацией паровых и смыканием газовых) выделившихся парогазовых пузырьков при попадании их в зону повышенного давления. Это разрушение пузырьков сопровождается местными гидравлическими микроударами большой частоты и высокого уровня ударных давлений.

Кавитация нарушает нормальный режим работы гидросистемы, а в отдельных случаях может вызвать разрушение ее агрегатов. Разрушительному действию кавитации подвергаются насосы, золотники, клапаны и прочие гидроагрегаты, причем это действие проявляется зачастую в очень короткое время. Так, например, наблюдаются случаи выхода из строя аксиально-поршневых насосов, происходящие в результате кавитационного разрушения (износа) распределительной пары и сопровождающегося недопустимого падения производительности за время работы от 20 мин до 1 ч.

Кавитация: что это?

Что такое кавитация

Схематически механизм возникновения кавитации и его разрушительного действия сводится к следующему. При понижении давления жидкости в какой-либо точке потока до некоторой величины жидкость вскипает (происходит ее разрыв), выделившиеся же пузырьки газа и пара увлекаются потоком и переносятся в область более высокого давления, в которой паровые пузырьки конденсируются, а газовые сжимаются (смыкаются). Так как процесс конденсации парового и сжатия газового пузырька происходит мгновенно, частицы жидкости перемещаются к его центру с большой скоростью, в результате кинетическая энергия соударяющихся частиц вызывает в момент смыкания пузырьков местные гидравлические микроудары, сопровождающиеся высокими забросами давления и температуры в центрах пузырьков (по расчетам температуры могут достигать значений 1000—1500 0 C и выше и местное давление может достигать 1500—2000 кГ/см 2 ).

Наглядно это явленно можно продемонстрировать на простом устройстве (см рисунок). Вода или иная жидкость под давлением в несколько атмосфер подводится к регулировочному крану (вентилю) А и далее протекает через прозрачную трубку Вентури, которая сначала плавно сужает поток, затем еще более плавно расширяет и черев кран В выводит в атмосферу. При небольшом открытии регулировочного крапа п, следовательно, при малых значениях расхода и скорости жидкости падение давления в узком месте трубки незначительно, поток вполне прозрачен, и кавитация отсутствует. При постепенном открытии крана происходит увеличение скорости жидкости в трубке и падение абсолютного давления.

При некотором значении этого давления, которое можно считать равным давлению насыщенных поров (P _абс2 = P _н.п.) в узком месте трубки появляется отчетливо видимая зона кавитации, представляющая собой область местного кипения жидкости и последующей конденсации паров. Размеры золы кавитации возрастают по мере дальнейшею открытия крана, т. е. при увеличении давления в сечении 1—1, а, следовательно, и расхода. Однако, как бы при этом ни возрастал расход, давление к узком сечении 2—2 сохраняется строго ПОСТОЯННЫЙ! потому, что постоянно давление насыщенных паров.

Негативное влияние кавитации

В том случае, если эти процессы протекают вблизи от стенок ограничивающих каналов, последние будут подвергаться непрерывным гидравлическим ударам (бомбардировкам), которые вызывают местные разрушения стенок. Этому разрушению способствуют местные высокие температуры, развивающиеся в результате скачкообразности процесса и высокого уровня забросов давления. Указанные ударные действия частиц жидкости дополняются химическим воздействием на металл кислорода воздуха, выделяющегося из жидкости, а также воздействием электролитического характера.

Под действием высоких температур в присутствии кислорода воздуха происходит активное окисление (коррозия) контактирующих поверхностей. Происходящие при этом окислительные процессы усугубляются тем, что растворенный в жидкости воздух содержит почти в полтора раза больше кислорода, чем атмосферный воздух. Кроме того, интенсивность окислительных процессов повышается в результате разрушения под действием гидравлических микроударов окислительной пленки, которая в обычных условиях замедляет окисление металлических поверхностей деталей

Кавитация

В результате при длительной кавитации под действием указанных гидравлических ударов высокой повторяемости и одновременном воздействии высокой температуры происходит разрушение (эрозия) поверхностей деталей. Кавитация наступает тем раньше, чем больше жидкость загрязнена твердыми частицами. Это обусловлено тем, что на поверхностях этих частиц адсорбируется тонкий слой воздуха, частицы которого при попадании в зону пониженного давления служат очагами, способствующими возникновению кавитации. Разрушению подвергаются при развитой кавитации детали различных гидроагрегатов. На рисунке показан плунжер распределительного золотника (клапана) следящей гидросистемы, работавший в условиях значительного дросселирования жидкости. Кавитационному разрушению подвергаются также торцы блока цилиндров и межоконные перемычки распределительного диска аксиально-поршневых насосов, на поверхности которых образуются глубокие впадины

При возникновении кавитации в трубопроводах сопротивление их значительно возрастает, а пропускная способность соответственно уменьшается. При небольших сечениях трубопровода образуются газовые пробки и движение жидкостно-газовых фаз происходит чередующимися импульсами. Кавитация жидкости в насосах наступает при условии, когда жидкость при всасывании отрывается по тем или иным причинам от рабочего элемента насоса — поршня, лопасти, зубьев или прочих вытеснителей. Возможность отрыва зависит от вязкости жидкости и величины давления на входе в насос, а также от числа оборотов и конструктивных особенностей насосов. В частности, кавитация возникает, если давление на входе во всасывающую камеру насоса окажется недостаточным для обеспечения неразрывности потока жидкости в процессе изменения скорости дальнейшего ее движения. Предельно допустимым, с этой точки зрения, числом оборотов насоса является такое число, при котором абсолютное давление жидкости на входе в насос будет способно преодолеть без разрыва потока потери напора во всасывающей камере, обусловленные ее сопротивлением и силами инерции. В случае шестеренного и пластинчатого (лопастного) насосов к этим потерям добавляются потери, обусловленные центробежной силой, действующей на жидкость, вращающуюся вместе с ротором насоса.

Вильнер Я.М. Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам.

Самые читаемые статьи в этом разделе!

Плотность и удельный вес жидкости | Плотность воды, масла, спирта, керосина, бензина и нефти

Рейтинг: 4.97

Кавитация

Кавита́ция (от лат. cavitas — пустота) — процесс парообразования и последующей конденсации пузырьков воздуха в потоке жидкости, сопровождающийся шумом и гидравлическими ударами, образование в жидкости полостей (кавитационных пузырьков, или каверн), заполненных паром. Кавитация возникает в результате местного понижения давления в жидкости, которое может происходить либо при увеличении её скорости (гидродинамическая кавитация), либо при прохождении акустической волны большой интенсивности во время полупериода разрежения (акустическая кавитация), существуют и другие причины возникновения эффекта. Перемещаясь с потоком в область с более высоким давлением или во время полупериода сжатия, кавитационный пузырёк захлопывается, излучая при этом ударную волну.

Кавитация разрушает поверхность гребных винтов, гидротурбин, акустических излучателей и др.

Содержание

Обзор

Согласно определению Кристофера Бреннена: «Когда жидкость подвергается давлению ниже порогового (напряжению растяжения), тогда целостность ее потока нарушается, и образуются парообразные полости. Это явление называется кавитацией. Когда местное давление жидкости в некоторой точке падает ниже величины, соответствующей давлению насыщения при данной окружающей температуре, тогда жидкость переходит в другое состояние, образуя, в основном, фазовые пустоты, которые называются кавитационными пузырями. Возможно и другое образование кавитационных пузырей путем местной подачи энергии. Это может быть достигнуто фокусировкой интенсивного лазерного импульса (оптическая кавитация) или искрой электрического разряда».

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 [1] . 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.

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.

Поэтому кавитация во многих случаях нежелательна. Например, она вызывает разрушение гребных винтов судов, рабочих органов насосов, гидротурбин и т. п., кавитация вызывает шум, вибрации и снижение эффективности работы.

Когда схлопываются кавитационные пузыри, энергия жидкости сосредотачивается в очень небольших объемах. Тем самым, образуются места повышенной температуры и возникают ударные волны, которые являются источниками шума. Шум, создаваемый кавитацией, является особой проблемой на подводных лодках (субмаринах), так как из-за шума их могут обнаружить. При разрушении каверн освобождается много энергии, что может вызвать повреждения. Эксперименты показали, что вредному, разрушительному воздействию кавитации подвергаются даже химически инертные к кислороду вещества (золото, стекло и др.), хотя и намного более медленному. Это доказывает, что помимо фактора химической агрессивности газов, находящихся в пузырьках, важным является также фактор забросов давления, возникающих при схлопывании пузырьков. 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, излучаемые расходомером, что приводит к искажению его показаний.

Полезное применение кавитации

Хотя кавитация нежелательна во многих случаях, есть исключения. Например, сверхкавитационные торпеды, используемые военными, обволакиваются в большие кавитационные пузыри. Существенно уменьшая контакт с водой, эти торпеды могут передвигаться значительно быстрее, чем обыкновенные торпеды. Так сверхкавитационная торпеда «Шквал», в зависимости от плотности водной среды, развивает скорость до 500 км/ч. Такие исследования проводились, например, в Институте гидромеханики НАН Украины. [2]

Кавитация используется при ультразвуковой очистке поверхностей твёрдых тел. Специальные устройства создают кавитацию, используя звуковые волны в жидкости. Кавитационные пузыри, схлопываясь, порождают ударные волны, которые разрушают частицы загрязнений или отделяют их от поверхности. Таким образом, снижается потребность в опасных и вредных для здоровья чистящих веществах во многих промышленных и коммерческих процессах, где требуется очистка как этап производства.

В промышленности кавитация часто используется для гомогенизации (смешивания) и отсадки взвешенных частиц в коллоидном жидкостном составе, например, смеси красок или молоке. Многие промышленные смесители основаны на этом принципе. Обычно это достигается благодаря конструкции гидротурбин или путём пропускания смеси через кольцевидное отверстие, которое имеет узкий вход и значительно больший по размеру выход: вынужденное уменьшение давления приводит к кавитации, поскольку жидкость стремится в сторону большего объёма. Этот метод может управляться гидравлическими устройствами, которые контролируют размер входного отверстия, что позволяет регулировать процесс работы в различных средах. Внешняя сторона смесительных клапанов, по которой кавитационные пузыри перемещаются в противоположную сторону, чтобы вызвать имплозию (внутренний взрыв), подвергается огромному давлению и часто выполняется из сверхпрочных или жестких материалов, например, из нержавеющей стали, стеллита или даже поликристаллического алмаза (PCD).

Также были разработаны кавитационные водные устройства очистки, в которых граничные условия кавитации могут уничтожить загрязняющие вещества и органические молекулы. Спектральный анализ света, испускаемого в результате сонохимической реакции, показывает химические и плазменные базовые механизмы энергетической передачи. Свет, испускаемый кавитационными пузырями, называется сонолюминесценцией.

Кавитационные процессы имеют высокую разрушительную силу, которую используют для дробления твердых веществ, которые находятся в жидкости. Одним из применений таких процессов является измельчение твердых включений в тяжёлые топлива, что используется для обработки котельного топлива с целью увеличения калорийности его горения.

Кавитационные устройства снижают вязкость углеводородного топлива, что позволяет снизить необходимый нагрев и увеличить дисперсность распыления топлива.

Кавитационные устройства используются для создания водно-мазутных и водно-топливных эмульсий и смесей, которые часто используются для повышения эффективности горения или утилизации обводнённых видов топлива.

Применение в биомедицине

Кавитация играет важную роль для уничтожения камней в почках и мочеточнике посредством ударной волны литотрипсии. Литотриптор — прибор, предназначенный для разрушения камней в мочеполовом тракте без открытого хирургического вмешательства.

В настоящее время исследованиями показано, что кавитация также может быть использована для перемещения макромолекул внутрь биологических клеток (сонопорация).

Кавитация, создаваемая прохождением ультразвука в жидкостной среде, используется в работе хирургических инструментов для бескровного иссечения тканей плотных органов (см. CUSA).

Кавитация также применяется в стоматологии при ультразвуковой чистке зубов, разрушая зубной камень и пигментированный налет («налет курильщика»), а также косметологии.

Лопастные насосы и винты судов

В местах контакта жидкости с быстро движущимися твердыми объектами (рабочие органы насосов, турбин, гребные винты судов, подводные крылья и т. д.) происходит локальное изменение давления. Если давление в какой-то точке падает ниже давления насыщенного пара, происходит нарушение целостности среды. Или, проще говоря, жидкость закипает. Затем, когда жидкость попадает в область с более высоким давлением, происходит «схлопывание» пузырьков пара, что сопровождается шумом, а также появлением микроскопических областей с очень высоким давлением (при соударении стенок пузырьков). Это приводит к разрушению поверхности твердых объектов. Их как бы «разъедает». Если зона пониженного давления оказывается достаточно обширной, возникает кавитационная каверна — полость, заполненная паром. В результате нормальная работа лопастей нарушается и возможен даже полный срыв работы насоса. Любопытно, но есть примеры, когда кавитационная каверна специально закладывается при расчете насоса. В тех случаях, когда избежать кавитации невозможно, такое решение позволяет избежать разрушительного влияния кавитации на рабочие органы насоса. Режим, при котором наблюдается устойчивая кавитационная каверна, называют «режимом суперкавитации».

Лопастные насосы. Кавитация на стороне всасывания

Как правило, зона кавитации наблюдается вблизи зоны всасывания, где жидкость встречается с лопастями насоса. Вероятность возникновения кавитации тем выше,

чем ниже давление на входе в насос;
чем выше скорость движения рабочих органов относительно жидкости;
чем более неравномерно обтекание жидкостью твердого тела (высокий угол атаки лопасти, наличие изломов, неровностей поверхности и т. п.)

Центробежные насосы. Кавитация в уплотнении рабочего колеса

У классических центробежных насосов часть жидкости из области высокого давления проходит через щель между рабочим колесом и корпусом насоса в зону низкого давления. Когда насос работает с существенным отклонением от расчетного режима в сторону повышения давления нагнетания, расход утечек через уплотнение между рабочим колесом и корпусом возрастает (из-за увеличения перепада давления между полостями всасывания и нагнетания). Из-за высокой скорости жидкости в уплотнении возможно появление кавитационных явлений, что может привести к разрушению рабочего колеса и корпуса насоса. Как правило, в бытовых и промышленных случаях режим кавитации в рабочем колесе насоса возможен при резком падении давления в системе отопления или водоснабжения: например, при разрыве трубопровода, калорифера или радиатора. При резком падении давления в зоне рабочего колеса насоса образуется вакуум, вода при низком давлении начинает вскипать. При этом напор резко падает. Режим кавитации приводит к эрозии рабочего колеса насоса, и насос выходит из строя.

Кавитация в двигателях

Некоторые большие по размеру дизельные двигатели страдают от кавитации из-за высокого сжатия и малогабаритных стенок цилиндра. В результате в стенках цилиндра образовываются отверстия, которые приводят к тому, что охлаждающая жидкость начинает попадать в цилиндры двигателя. Предотвратить нежелательные явления возможно при помощи химических добавок в охлаждающую жидкость, которые образуют защитный слой на стенках цилиндра. Этот слой будет подвержен той же кавитации, но он может самостоятельно восстанавливаться.

Сосудистые растения

Кавитация происходит в ксилемных сосудистых растениях, когда водный потенциал становится таким большим, что растворившийся в воде воздух расширяется, чтобы заполнить клетки растения, или элементы сосудов, капилляры. Обычно растения способны исправить кавитационную ксилему, например, при помощи корневого давления, но для других растений, таких как виноградники, кавитация часто приводит к гибели. В некоторых деревьях ясно слышен кавитационный шум. Осенью температурное понижение увеличивает образование воздушных пузырей в капиллярах некоторых видов растений, что вызывает опадание листьев.

Предотвращение последствий

Наилучшим методом предотвращения вредных последствий кавитации для деталей машин считается изменение их конструкции таким образом, чтобы предотвратить образование полостей либо предотвратить разрушение этих полостей возле поверхности детали. При невозможности изменения конструкции могут применяться защитные покрытия, например, газотермическое напыление сплавов на основе кобальта.

В системах гидропривода часто используют системы подпитки. Они, упрощённо говоря, представляют собой дополнительный насос, жидкость от которого начинает поступать через специальный клапан в гидросистему, когда в последней давление падает ниже допустимого значения. Если давление в гидросистеме не опускается ниже допустимого, жидкость от дополнительного насоса идёт на слив в бак. Системы подпитки установлены, например, во многих экскаваторах.

Другие области применения

Кавитация применяется для стабилизации игольчатых пуль подводных боеприпасов (например, боеприпасы автомата АПС или патроны 5.45×39 ПСП для автомата АДС), для увеличения скорости торпед (Шквал и Барракуда).

Кавитация может быть использована для измельчения разных материалов (в том числе руд). Для этих процессов выпускается промышленное оборудование [3] , в котором кавитацию получают при помощи силового ультразвука.

Число кавитации

Кавитационное течение характеризуют безразмерным параметром (числом кавитации):

$\Chi=\frac<2(P-P_s)> <\rho V^2>» width=»» height=»» />, где</p> <p><img decoding=$ — гидростатическое давление набегающего потока, Па;
P_s — давление насыщенных паров жидкости при определенной температуре окружающей среды, Па;
$\rho$ — плотность среды, кг/м³;
— скорость потока на входе в систему, м/с.

V = V_c

Известно, что кавитация возникает при достижении потоком граничной скорости , когда давление в потоке становится равным давлению парообразования (насыщенных паров). Этой скорости соответствует граничное значение критерия кавитации.

$\Chi$

В зависимости от величины можно различать четыре вида потоков:

докавитационный — сплошной (однофазный) поток при $\Chi>1$ ,
кавитационный — (двухфазный) поток при $\Chi\approx 1$ ,
пленочный — с устойчивым отделением кавитационной полости от остального сплошного потока (пленочная кавитация) при $\Chi<1$ ,
суперкавитационный — при $\Chi\ll 1$ .

Измерение

Уровень кавитации измеряют (как правило в относительных единицах) с помощью приборов, называемых кавитометрами [4] .

Подробно о процессе кавитации

Кавитация – это явление образования в жидкости небольших и практически пустых полостей (каверн), которые расширяются до больших размеров, а затем быстро разрушаются, производя резкий шум. Кавитация происходит в насосах, винтах, рабочих колесах (гидротурбинах) и в сосудистых тканях растений.