Переход от начальных стадий к развитой кавитации

Гипотезы зарождения кавитации и разрушения кавитационных пузырьков.

Возникновению кавитации, т.е. наступлению момента разрыва сплошности жидкой среды, должно предшествовать понижение давления по крайне мере до значения давления насыщенных паров.

Существует две основные гипотезы зарождения кавитации. Со­гласно одной из них в воде содержатся газовые пузырьки малых размеров. При давлении, меньшем, чем р_υ,внутри пузырьков воз­никает интенсивное выделение газа, пузырек начинает расти и таким образом наступает пузырьковая кавитация. Начало роста пузырька зависит от значения соотношения его критического разме­ра и давления внутри пузырьков. При всей своей наглядности эта гипотеза выдвигает ряд вопросов, на которые трудно ответить. Во-первых, каков состав пузырька? Если это пар, то почему он не конденсируется при давлении р>р_v, а если это воздух, то почему он не растворяется? Причину существования стабилизированных газообразных ядер видят в существовании поверхностного натяжения. Но и в этом случае, остается еще не ясным, почему пу­зырьки не всплывают.

В связи с этим очень популярной является другая гипотеза, (Гарвей, Эпштейн), которая предполагает существование газовых включений в мельчайших трещинах на твердых частицах, взвешенных в жидкости, или на поверхно­сти обтекаемых тел. До некоторого критического давления эти газовые полости удерживаются под действием пере­пада давлений и сил поверхностного натяжения. При данных условиях давление газа ниже, чем давление окружающей водной среды, и растворения газа не должно происходить. По мере снижения давления газ расширяется, газовая полость заполняет трещину, а затем и вовсе покидает ее.

Судьба кавитационного пузырька зависит от характера тече­ния. Пока существуют условия испарения, размеры пузырька уве­личиваются, но как только кавитационный пузырек попадает в область повышенного давления, он начинает деформироваться и разрушаться.

Переход от пузырьковой кавитации к развитой нельзя рассматривать как непрерывный плавный процесс постепенного накопления парогазовых включений в области пониженного давления. Наблюдения показывают, что это переход происходит скачкообразно. Признаком наступления развитой кавитации служит появление на теле устойчивой границы каверны. При последующем развитии кавитационного пузыря линия передней границы каверны не претерпевает существенных изменений.

В условиях, когда в набегающем потоке содержится небольшое число кавитационных ядер, развитая кавитация может наступить сразу, минуя пузырьковую стадию. Это тем более возможно, если в донную область течения за плохообтекаемыми телами (диск, конус) производить хотя бы незначительный поддув газа.