Кавитационные явления

Кавитация – процесс образование парогазовых пузырьков в зоне низкого давления жидкости и последующего их сокращения в зоне повышенного давления.

При течении жидкости по трубопроводу возникает местное понижение давления до такой величины при котором процесс интенсивного выделения растворенного в жидкости газов или паров (местное холодное вскипание). При повышенном давлении происходит растворение паров и газов в жидкости (конденсация). Жидкость устремляется в образовавшиеся пространство, поэтому конденсация сопровождается динамическим ударом.

У многокомпонентной жидкости процесс кавитации происходит без ударов. В магистралях СУ процесс кавитации возникает из-за пониженного внешнего давления при росте высоты полета. Процесс образования паровой фазы происходит по трем этапам (см. рис.).

На заключительном этапе образования паровой фазы происходит укрупнение пузырьков, которые в горизонтальной трубе концентрируются в верхней части сечения. На заключительном этапе возможно выделение парогазовой фракции от жидкости, возможен разрыв струи. Наибольшее давление паров, находящихся над жидкостью, которые устанавливаются при паровыделении в закрытом сосуде при данной температуре – называется давление насыщенных паров, Pt.

Pt-зависит:

- от температуры жидкости;

- от соотношения фаз жидкости и пара.

При испытании авиатоплив принято стандартное соотношение фаз 4:1 ( ). Кавитация в топливных магистралях опасна не столько разрушающим действием, сколько остановкой насосов. Это связано с растворимостью воздуха в топливе. В нефтяных топливах воздуха содержится 10-20% растворенного воздуха по объему. Этот объем пропорционален внешнему давлению, обратно пропорционален удельному весу, поверхностному натяжению и вязкости топлива. С ростом высоты понижается давление в баках. В надтопливном пространстве выделяется большое количество воздуха и газовых включений. Если внешнее давление больше Pt (4:1), то испарение топлива с поверхности незначительно и оно мало влияет на интенсивность выделения пузырьков воздуха. Когда начинается внутренне испарение (кипение топлива). Чем выше тем раньше начинает вскипать топливо.

Возникающие в жидкости кавитационные явления приводят к разделению потока в трубопроводах на жидкостный и газовый. В результате по трубопроводу течет сжимаемый поток, что приводит к пульсации давления, колебаниям и перебоям в подаче топлива вплоть до самопроизвольного выключения двигателя. Кроме того, при кавитации увеличиваются гидравлические сопротивления и уменьшается теплоотдача.

Кавитационные явления чаще всего наблюдаются на входе в насосы. Чем ниже давление на входе, тем меньше перепад давления, создаваемого насосом, и его производительность. Кавитационные свойства насоса определяют по кавитационным характеристикам.