Л. Прандтль - Гидроаэромеханика (1123861), страница 78
Текст из файла (страница 78)
191, в также в книге Нуг1гажгсившвсье Ргеыете пев Зсьнйвапег1еьв, сгр. 287. 6' а 2 2' Оппсность рпгаедпния нп той стороне, где давление Сот расеи ля повышено понилсена Рис. 265. Каеитацианиан диаграмма отдельного профилн лопасти. На основании измерений и наблюдений через стеклянные стенки камеры стролт для каждого значения а кавитационную попару (рис. 264) н навигационную диаграмму (рис. 265), на которой значения гг откладываются как абсциссы, а углы атаки— как ордипаты. Кавитационные поллры и диаграмма, изображенные на рис.
264 и 265, построены длн профиля, имеющего форму кругового сегмента, причем высота сегмента равна 0,075 его хорды (водяные гребные винты очень часто делаютсл с профилем такой формы). Кривая на рис. 264, вычерченная более жирно, чем остальные кривые, представллет собой попару для высокого абсолютного давленин. При уменьшении сг обнаруживается следующее замечательное явление: на больших углах атаки кавитацин значительно улучшает качество профилл (лобовое сопротивление уменьшаетсл больше, чем подъемнал сила).
Причина этого явленин заключается в том,что возникновение кавитации на передней части подсасывающей стороны делает профиль значительно более удобообтекаемым'. Однако при дальнейшем уменьшении о" область, охватываемая кавитацией, расширяет- гв случае профнля, кмеюШего хорошую форму, такое явление нв наблюяветсл, см. Мп гпасьь' Р., Рогасьалщ т. 11 (1940), стр, 303. Рис. 266.
Области возникновения кавитацин на профиле сн, и свойства профиля становится хуже; при совсем малых значениях а" сила тяжести винта делается очень небольшой. Кавитационная диаграмма дает лсное представление о состоянии кавитации в каждом отдельном случае. Область состонний (а, о) справа от кривых а, Ь и с свободна от кавитации, и поэтому здесь сила тяги н сопротивление такие же, как и при больших значениях о.. При состояниях (а, о), отвечающих точкам, лежащим слева от кривых а, Ь или с, возникает кавитацил соответственно в передней части подсасывающей стороны профиля, в средней части этой стороны и в передней части стороны с повышенным давлением (рис. 266). При состоннинх (а, а), лежащих слева от Ь и с, кавитацнл возникает одновременно и в средней части подсасывающей стороны и в передней части противоположной1 стороны профиля.
При состояниях (а, и), соответствующих областям, заштрихованным косыми линиями, имеется опасность разъедания лопастей (при этих состоянилх конец наполненной паром полости находится на лопасти, см. ниже). При состояниях (а, и), лежащих в области, заштрихованной горизонтальными линиями, возникают ритмичные колебанил потока, с которыми свлзано появление значительных сил, сотрлсающих лопасть винта.
Наконец, при состояниях (а, ~т), лежащих в незаштрихованных областях слева от а, Ь или с, режим работы винта безопасен. Гельмбольд' обратил внимание на следующее обстоятельство. Если на кавитационной диаграмме вместо значений гх и а откладывать значения —. и —, где б = —, т.с. отношению толщины профиля к его шири- У не, то для аффинных профилей разной толщины получаются кривые Ь, Н ~ 1гп Ь о!6 Н., Нулготес1же1мне Рсаыеипс Пег Бс161Ьаыг1е!ж, стр. ЗЗЗ.
Рис. 267. Разъедание лопасти гребного винта вследствие каеитацни приближенно между собой совпадающие. Это связано с тем, что разности давлений на профиле прп одинаковых значениях ~~ приближенно пропорциональны величине 6. Отсюда следует, что если желательно построить винт с малым значением числа о., то необходимо взять очень тонкий профиль. 1Паяомням, что такое же правило мы получили и для воздушных гребных винтов при приближении к скорости звука, правда вследствие совсем других оснований.) Прп построении кавитационпых диаграмм в координатах Н и —" более или менее совпадают также н д 6 кривые а и с длл отдельных аффинпых профилей.
Разъедание металла вследствие кавитации обычно наступает в том месте, где происходит скачок уплотнения, сопровождающийся, как было упомянуто, столкновениями пузырей пара . При этом части воды, до этого разделенные пузырями, сталкиваютсл друг с другом с конечными, но различными по величине скоростлми, вследствие чего возникают очень высокие местные импульсгивныс давлении 1см. '9 3). К этим ударным действиям часто присоединяются химические действия.
Воздух. выделяющийся нз воды прп кавитацнп. богаче кислородом. чем обычный воздух. Под действием импульсивного давления этот обогащенный кислородом воздух вдавливается в поры металла, а затем, после падения давления, вырывается оттуда. Это означает, что слой металла, близкий к поверхности, подвергаетсл переменной нагрузке. В результате всех этих явлений, полностью до сих пор ощо не выясненных, на поверхности металла появляются маленькие углубления и бороздки, которые постепенно, если кавитацил длптсл продолжительное время, углубляются и разрастаются, вплоть до того, что из лопасти нлн лопатки выпадают отдельные кусочки металла — происходит своеобразное разъедание металла, он принимает на большую глубину губчатое Гванее палробно сьь у Ггсьегегз., НнпдЬнсв г1ег Ехрег1гнеггГЫрьуа1Х.
г. 1Ъ'. чьсть1, в таюне у На11нгр., Нанг1ЬнсЬ г1ег Ъгг~ьлГоярг0гн1гв Вег1Ш. 1939. гн, Рнс. 268. Разрез через лопасть гребного винта, подвергнувшегося навигаци- онному рвзъедвнию строение. На рис. 267 изображен пример такого разъедания бронзовой лопасти гребного винта торпедного катера. На рис. 268 показан разрез через кусок этой же лопасти. 8 3. Гидравлический удар. Глиссирование. а) Ударные явления.
Если в трубе вследствие временного понижения давления происходит разрыв столба жидкости, то пространство между разъединенными частями жидкости наполняется ее паром. Если затем давление вновь повышается, то полость, наполнившаяся паром, смыкается., и при этом наблюдается резкий, как бы металлический ударз.
При смыкании полости кавитации разорвавшиеся части столба жидкости движутся навстречу друг другу с некоторой относительной скоростью ш и при встрече ударяются. Для выяснения того, что происходит при таком ударе, можно в первом приближении принять, что свойством упругой сжимаемости обладает только жидкость, стенки же трубы — неупругие (в действительности, они, конечно, упругие). В упруго-сжимаемой среде скорость распространения звука равна 7гк стр.471.
гтлкое явленве наблюдается, в частности, при быстром закрывании водопроводного крана, поставленного на более или менее значительном расстоянии от выходного конца трубы. Тогда между краном в выходным концом трубы ваде сначела па инерции продолжает двигаться вперед, причем возникает кавитация, но затем пад действием атмосферного давления начинает двигаться назад. При атом она приобретает скорость, которая при отсутствии трения была бы такай жс, как и начальная скорость. где К есть модуль сжимаемости.
При ударе, очевидно, возникает резкое повышение давления, которое распространяется в обе стороны со скоростью звука с; при этом части жидкости, которых достигает в данный момент волна давления, принимают скорость, равную среднему арифметическому от тех значений, которые они имели до удара. Следовательно, изменение скорости в каждом из столбов жидкости при прохождении ударной волны равно ш. На основании уравнения (2) гл.?Ъ> 2' это означает, что повышение давления, возникающее при ударе, равно Р = Рс Ш 2' Если, например, движение разорвавшихся частей происходит навстречу друг другу с относительной скоростью (щ = 10 лг>>сел, то в случве воды (с = 1400 ж>>сел, р = — кг сек >>лг ) мы будем иметь повышение дввленин 1000 л « 9,81 нв величину; р = 102 1400 5 = 714000кгГлг~ = 71,4кг/еж~.
При учете упругости стенок трубы получаются значительно более сложные соотношения, которые упрощаются, если пренебречь изгиб- ными колебаниями стенок трубы, возникающими при ударе. В этом случае в воде кроме звуковых волн распространяется еще одна система волн со скоростью ' = с Кг?+ Ел' где Е есть модуль Юнга материала трубы, л — толщина стенок и >>'— диаметр трубы. В тонкостенных трубах скорость с' распространения волн второго вида может быть значительно меньше скорости с.
На больших расстояниях от места удара преобладающую роль играют волны второго вида'. С гидравлическим ударом сходны явленил, возникающие при сжатии пузырей, образовавшихся при кавитации. Как показывают снимки, >О подробностлх см. А111еч>, Натке бе Мбсепщпе 1904: см. также Се ш1сь е1 С., Ъегьвпд1. д. 2 1псегпес. Ко>гбг. Г. Тесьп. МесЬ.
ЕШ>сЬ 192б, стр. 75; К г е1 С и е г Нч 1>1е ЪЪ>елвегкп>гслсьвй 1925, стр, 258; далее 3 е 8 е г СЬ., >А>еллегхгвн оп 4 ЪЪ>велегкбгслсьан. т. 32 (1937), стр. 259 (в этой статье имеетсл много библиографических укезенип), Н1еб С., Ъ>01-2е>сесьг.. т. 85 (1941), стр. 839. Классическое исследование о гидревлическом удвре выполнено еще в 1899 г. Н.Е, >Иуиовским в работе: 0 гидрввлическом ударе в водопроводных трубах, Бюллетени Политехнического общества. 1899. №5: см.
также «Избранные сочинения». т. П, Москве 1948. полученные при вспышке искры, пузыри при таком сжатии либо делаются плоскими, либо стягиваются в точку. В первом случае возникают примерно такие лсе соотношения, как и при гидравлическом ударе. Во втором же случае в последний момент стягивания пузыря получаются очень большие скорости, так как при таком стягивании кинетическая энергия сосредоточивается в очень небольшом пространстве.
Это приводит к тому, что в ничтожном по размерам пространстве возникают очень высокие давления. Аналогичное явление наблюдается таклсе при стягивании полусферических пузырей на стенке и сферических пузырей в конусообразных углублениях стенки. Механизм этого явлепил в известной мере разъясняет то разрушающее действие кавитации на металл, о котором было сказано в конце предыдущего параграфа. Удар твердого тела о плоскую поверхность воды можно исследовать таким же путем, как и гидравлический удар в трубе. Так как теперь длн обеих столкнувшихся сред величина рс имеет разные значения, то скорость распространения волн давления в обеих средах будет разная, а потому будет разным и изменение скорости в них. Если тело, ударяющееся о воду, представллет собой массивный кусок металла, то практически вся относительная скорость воспринимается водой . Повышение давления, возникающее в воде при ударе, довольно быстро спадает, во-первых, вследствие своего распространения со скоростью звука от контура поверхности столкновения, а во-вторых, вследствие того, что твердое тело под действием противодавления более или менее быстро (в зависимости от своей массы) теряет скорость.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
