Кавитация

Кавитация – это процесс парообразования и последующей конденсации пузырьков пара в потоке жидкости. Наблюдается позади быстро движущихся тел.

Ведущую роль в образовании пузырьков при кавитации играют газы, выделяющиеся внутрь образующихся пузырьков. Эти газы всегда содержатся в жидкости и при местном снижении давления начинают интенсивно выделяться внутрь указанных пузырьков. 

Физически процесс кавитации близок процессу закипания жидкости. Основное различие между ними заключено в том, что при закипании жидкость представляет собой огромное количество пузырьков, заполненных насыщенным паром, во всем объёме жидкости, тогда как при кавитации образование областей с насыщенным паром носит локальный характер. Локальное снижение давления происходит позади быстро движущихся твёрдых объектов в местах контакта их с жидкостью: вращающихся частей насосов, турбин, гребных винтов судов, подводных крыльев и т.д.

Если давление в какой-то точке падает ниже давления насыщенного пара при данной окружающей температуре, жидкость закипает. Затем, когда жидкость попадает в область с более высоким давлением, происходит «схлопывание» пузырьков пара, пар конденсируется, что сопровождается шумом, а также появлением микроскопических областей с очень высоким давлением (при соударении стенок пузырьков). Это приводит к разрушению поверхности твёрдых объектов, например, гребных винтов и гидротурбин. Их как бы «разъедает». Если зона пониженного давления оказывается достаточно обширной, возникает кавитационная каверна – полость, заполненная паром.

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 сотен градусов по Цельсию. Следует также учитывать, что в растворённых в жидкости газах содержится больше кислорода в процентном отношении, чем в воздухе. Поэтому газы в пузырьках при кавитации химически более агрессивны, чем атмосферный воздух – и, в сочетании с высокой температурой, вызывают в итоге сильную эрозию материалов, с которыми соприкасается жидкость, в которой развивается кавитация.

Хотя кавитация нежелательна во многих случаях, есть исключения. Кавитация используется при ультразвуковой очистке поверхностей твёрдых тел. Специальные устройства создают кавитацию, используя звуковые волны в жидкости. Кавитационные пузыри, схлопываясь, порождают 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 процессах.

Вопросы и задания к тексту

1. Как правило, зона кавитации наблюдается

А. вблизи зоны, где жидкость встречается с лопастями насоса.
Б. во всём объёме жидкости.

Правильный ответ

1) только А
2) только Б
3) и А, и Б
4) ни А, ни Б

2. К разрушению поверхности гребных винтов приводит

1) только появление микроскопических областей с очень высоким давлением
2) только воздействие пара высокой температуры в пузырьках
3) только химически агрессивная среда в пузырьках
4) все перечисленные выше причины

3. Изменится ли,  и если изменится, то как, вероятность возникновения повреждений в результате кавитации, если скорость вращения гребных винтов относительно жидкости увеличить? Ответ поясните.