Явление кавитации.

Кавитация - 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 схлопывается, излучая при этом ударную волну.

Кавитация как следствие скоростного разрыва потока:

«Классический» механизм возникновения кавитации заключается в образовании в текущем потоке пузырьков-полостей в зонах разрежения, возникающих во время быстрого движения жидкости по каналам переменного сечения и / или сложной формы. По сути, причиной этого является то, что исходя из соотношения скорости, сечения и расхода жидкости, количества жидкости просто «не хватает» для плотного заполнения сечения в данном месте канала.

Тепловой механизм возникновения кавитации:

Иногда упоминают и о другом механизме возникновения кавитационных пузырьков — тепловом. Например, считается, что именно такая кавитация обуславливает шум закипающего чайника или кастрюли. Там под воздействием внешнего тепла на горячей стенке или на дне сосуда создаются условия, позволяющие жидкости перейти в парообразное состояние. Давление при этом достаточно велико — оно равно давлению над поверхностью жидкости в сумме с давлением столба жидкости, соответствующим глубине образования пузырька. Пузырёк пара растёт, за счёт теплоты испарения отбирая «лишнее» тепло у ближайшей к нему жидкости и тем самым предотвращая появление пузырьков-«конкурентов» в своих ближайших окрестностях.

Наконец, объём пузырька становится достаточно велик, чтобы под действием архимедовой силы и локальных течений, которые всегда возникают в объёме жидкости при местном интенсивном нагреве, он смог оторваться от своего места и отправиться в самостоятельное плавание. Удалившись от горячей стенки, он попадает в менее нагретую область жидкости. Эти условия становятся недостаточными для поддержания парообразного состояния жидкости внутри пузырька, поэтому пар остывает, начинается его быстрая конденсация, объём пузырька резко сокращается, и он исчезает.

Другие способы получения кавитации:

Есть и другие способы получить кавитационные пузырьки — например, с помощью высокочастотного электроразряда или ультразвука. Однако в случае электрического разряда в конце концов всё сводится к тепловому и механическому аспектам воздействия искры на жидкость (нагрев и расширение паров). Ультразвук вызывает высокочастотные механические колебания в жидкости, поэтому непосредственной причиной появления кавитационных пузырьков является скоростной разрыв жидкости в ходе этих колебаний (амплитуда их очень мала, но благодаря высокой частоте мгновенная скорость и ускорения частиц жидкости могут достигать очень больших величин, достаточных для её скоростного разрыва). Поэтому можно сказать, что два рассмотренных выше механизма — скоростной (механический) и тепловой (термодинамический) — и являются основными механизмами возникновения кавитационных пузырьков

4. Последовательная работа “землесосов”.

Последовательная работа применяется в том случае, когда гидросмесь нужно поднять на большую высоту или транспортировать ее на большие расстояния, а напор, развиваемый одним землесосом, недостаточен, чтобы преодолеть гидравлические сопротивления и геодезическое возвышение трубопровода цри достаточной для транспортирования грунта скорости пульпы. При последовательном соединении возможны две схемы компоновки.

Первая схема. Оба землесоса расположены близко один к другому. Первый землесос всасывает гидросмесь из зумпфа или иного водоема и подает ее непосредственно во второй. Таким образом, короткий напорный трубопровод первого землесоса является всасывающей линией второго, но в этой всасывающей линии давление больше атмосферного. Напор первого складывается с напором второго, поэтому для построения совместной характеристики последовательно работающих землесосов достаточно сложить напоры насосов при одинаковом расходе.

Следует отметить, что в последовательную работу целесообразно объединять землесосы одной марки либо имеющие одинаковые или почти одинаковые характеристики, иначе может оказаться, что один из них будет являться местным сопротивлением в сети второго. Характеристика двух одинаковых последовательно соединенных землесосов имеет ряд особенностей. Напор каждого из двух одинаковых землесосов, работающих отдельно, не в состоянии преодолеть статической высоты и сопротивления внешней сети землесосной установки. При совместной последовательной работе их напоры складываются, и созданный таким образом напор достаточен, чтобы при расходе преодолеть сопротивление трубопроводов и геодезическую высоту.

Вторая схема. Землесосы, работающие на общий пульповод, значительно удалены один от другого, а напорная линия первого землесоса подсоединяется непосредственно к всасывающему патрубку второго. Перекачку гидросмеси при этом можно запроектировать и осуществить одним из следующих трех способов.

1. Трубопровод, заключенный между двумя землесосами, поглощает полностью нагнетательную способность первого и всасывающую способность второго землесосов, т. е. потери напора в этом трубопроводе равны по величине сумме давления первого и вакуума второго землесоса. Точка атмосферного давления расположена на достаточном удалении от второго, а между этой точкой (сечением) и вторым землесосом в трубопроводе имеется вакуум. В этом случае стоит первому подать гидросмесь более высокой консистенции, чем принято в расчете, во втором землесосе немедленно начнется кавитация.

2. Точка нулевого избыточного давления в соединяющем два землесоса трубопроводе находится вблизи от второго землесоса. В этом случае изменения в составе гидросмеси заставят перемещаться эту точку, причем при очень высокой консистенции и засоренном грунте она может значительно удалиться от второго, что создаст кавитационный режим в его работе.

3. Второй землесос работает с частичным подпором, что гарантирует его устойчивую работу.

Дата добавления: 2015-07-11