Способы создания вентилируемых каверн.
ВЕНТИЛИРУЕМЫЕ КАВЕРНЫ
Термином вентилируемые определяются каверны, существование которых связано с принудительной подачей газа в поток жидкости. Другими словами, вентилируемые каверны относятся к искусственной кавитации. Потребность в вентилируемых кавернах чаще всего возникает при лабораторных исследованиях развитых кавитационных течений, когда необходимо получать каверны при малых и умеренно больших скоростях потока. Поддув газа позволяет увеличить давление в каверне рк и, тем самым снизить число кавитации до заданной величины.
Наиболее естественным представляется способ образования газовой оболочки около тела путем выброса газовой струи в носовой части навстречу водному потоку. Такой способ можно назвать способом источника. Однако данная схема обладает существенными недостатками. В самом деле, в носовой критической точке каверны давление газа равно давлению торможения воды. Из уравнения Бернулли можно установить граничное значение скорости истечения газа , при которой возможно существование рассматриваемого течения
,
что для воздуха дает приближенное соотношение
.
Как видим, даже при умеренных значениях скорости водного потока скорость газовой струи должна быть значительной. Кроме того, при рассматриваемой схеме течения в головной части каверны возникает зона повышенного давления, что, в свою очередь, вызывает поток газа в каверне с большими скоростями. На стенках каверны образуются местные завихрения, стенки каверны теряют прозрачность. В кормовой части поток представляет собой двухфазную среду, зону без ярко выраженных продольных вихрей.
Седов предложил заменить встречную газовую струю водяной, а газ вдувать в застойную зону (рис. 7. 17).
Рис.7.17
Данная схема течения представляет собой обращенное кавитационное течение с возвратной струйкой. В прямом кавитационном течении возвратная струйка характеризует величину сопротивления. В обращенном течении тело будет испытывать тягу величины:
(7. 125)
где S - площадь струи; - скорость струи.
С физической точки зрения это явление объясняется тем, что сила, возникающая от восстановления давления в кормовой части, превышает реактивную силу струи. В реальных течениях трудно добиться плавного смыкания струй в кормовой части. Поэтому рассмотренный эффект будет меньше. При этом выяснилось, что устойчивая картина течения наблюдается при определенном соотношении скоростей в струе и в набегающем потоке: 1,1≤Vстр/V∞≤1,3.
Более предпочтительным выглядит комбинированный способ создания вентилируемых каверн, при котором разрыв сплошности водной среды достигается на острой кромке кавитатора с одновременной подачей газа к месту разрыва. Наиболее устойчивый отрыв свободных струй и более гладкая поверхность каверны наблюдаются за пластинчатыми кавитаторами.