Кавитация

 

В некоторых случаях при движении жидкости в закрытых руслах происходит явление, связанные с изменением агрегатного состояния жидкости, т.е. с превращением ее в пар или выделением из жидкости растворенных в ней газов. Например, при течении жидкости через местное сужение трубы увеличивая скорость и падает давление. Если абсолютное давление при этом достигает значения равного давлению насыщенных паров этой жидкости при данной температуре, или давлению, при котором начинается выделение из нее растворенных газов, то в данном месте потока начинается интенсивнее парообразование (кипение) и выделение газов. При дальнейшем течении в расширяющейся трубе, скорость уменьшается, а давление возрастает, и выделение паров и газов прекращается. Выделившиеся пары конденсируются, а газы постепенно растворяются в жидкости. Таким образом под кавитацией понимается возникновения и рост пузырьков пара или растворенного в жидкости газа, вызванное понижением давление в потоке при постоянной температуре.

Но процесс кавитации зависит от ряда факторов:

степени насыщенности жидкости растворенными газами;

наличием примесей и твердых частиц;

состояние обтекаемой поверхности; и д.р.

Для характеристики местных гидравлических сопротивлений в отношении кавитации применяется безразмерный критерий или число кавитации:

,

где Р1 и V1 – абсолютное давление и скорость потока в сечении трубы перед местным сопротивлением;

РНП – давление насыщенных паров.

В некоторых случаях удобно пользоваться числом X’ пропорциональных Х, которое характеризуется отношением входного и выходного давления Рвх/Рвых при V1=V3(d1=d3)

Процесс происходит между сечениями 1-1 и 3-3 представляет собой потерю давления Р1-Р3 = ;

 

Гидравлические потери давления (напора).

 

Потери удельной энергии (напора) или гидравлические потери зависят от формы и размеров трубопровода (русла), скорости течения жидкости, вязкости, иногда от абсолютного давления.

Как показывают опыты, гидравлические потери во многих случаях, приблизительно, пропорциональны скорости течения жидкости во второй степени. Поэтому потери напора можно выразить:

,

где - коэффициент потерь или коэффициент сопротивления, значения которого зависят от формы и геометрических размеров каждого конкретного сопротивления (определяется в основном по таблицам).

Данная формула справедлива для определения местных потерь напора – обусловленных местными гидравлическими сопротивлениями, т.е. местными изменениями формы и размеров русла, которые вызывают деформацию потока.

В единицах давления: .

Как уже говорилось выше существуют еще потери давления по длине это потери энергии, которые обусловлены внутренним трением в жидкости и трением жидкости о стенки трубопровода. В чистом виде проявляются на прямолинейных участках трубопровода постоянного диаметра и возрастают пропорционально длине.

Если выразить потерю напора по длине общей формулой потерь и связать коэффициент с относительной длиной трубы: то для круглой трубы с коэффициентом потерь - формула Дарси-Вейсбаха

Где - коэффициент потерь на трение по длине (коэф. Дарси)

Коэффициент Дарси для различных режимов течения рассчитывают по различным формулам:

Для ламинарного (формула Пуазейля)

формула Пуазейля справедлива для стабилизированного ламинарного режима на больших расстояниях от входа в трубопровод. На практике используют, где 75 – стальные трубы, 150 – гибкие рукава.

При турбулентном режиме течения жидкости коэффициент зависит в основном от материала трубопроводов и их внутренних поверхностей.

Для гладких труб используют формулы:

Блазиуса 2300>Re>105

Конакова Re=2300…8*106

Для труб где т.е. коэффициент зависит от Re, шероховатости D и диаметра d. Можно рекомендовать универсальную формулу А.Д. Альтшуля: