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 р_к 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≤ V_стр/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.