А.Н. Иванов - Гидродинамика развитых кавитационных течений (1163198), страница 31

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 31)

Что же касается их влияния на положение точек отрыва каверны, то они будут иметь. решающее значение. и Зб. Об условиях существования различных форм навитацин Модель идеальной кавитацни не оставляет места для возникновения других форм кавитации, кроме развитой.

Действительно, принцип Бриллюэна о минимуме давления в каверне исключает возможность возникновения пузырьковой формы кавитации, а допущение о стационарности течения в хвосте каверны — возможность возникновения форм кавитации с ярко выраженной нестационарностью границ каверны. В результате анализа влияния реальных свойств жидкости на положение точек отрыва каверны от тела, данного в 5 35, а также анализа характера решения задачи о развитой кавитации с использованием модели идеальной кавитации представляется возможным дать качественное объяснение большинству явлений кавитации, наблюдаемых в лабораторных условиях и в натуре, не укладывающихся в рамки определения развитой формы кавитации.

В ряде случаев удается дать также количественные оценки, связанные с определением условий перехода одной формы кавитации в другую. При обтекании тел с плавным распределением давлений по поверхности в отсутствие отрывов пограничного слоя часто наблюдается пузырьковая кавитация, предшествующая развитой ее форме. Пузырьковая кавитация возникает, как правило, при обтекании тел в гидродинамических и кавитационных трубах„ не имеющих ресорберов, с помощью которых растворяются наиболее крупные пузырьки газа, находящиеся в потоке.

Вследствие этого в потоке могут присутствовать в значительном количестве ядра кавитации достаточно крупных размеров, которые, попадая в зоны пониженных давлений, приводят к возникновению пузырьковой кавитации. Основные предпосылки появления пузырьковой кавитации в этих условиях — отсутствие развитой формы кавитации, а также достаточная протяженность зоны пониженяых давлений па теле, чтобы попавшие туда ядра кавитации могли взрывоподобно вырасти до видимых глазом размеров. Из оценок, приведенных в предыдущем параграфе, ясно, что вследствие влияния капиллярности и вязкости возникновение развитой формы кавитации затягивается. Она не возникнет до тех пор, пока число кавитацин не понизится до величины — С„ м+Ло, Таким образом, величина диапазона изменения чисел кавитации, при которых существуют условия для возникно- Рис.

111. Зависимость р(к) для аллиисоида вращения вения пузырьковой формы кавитации, может быть оценена неравенством — Р ~а) а '( Р ~а+ос). (6.5) В этом диапазоне минимальная величина давления в точках поверхности тела будет, как правило, меньше давления насыщенных паров жидкости и даже принимать отрицательные значения. Верхнее предельное (пороговое) значение числа кавитации во многих случаях отличается от — р 1 .

Оно в существенной степени зависит от размеров ядер кавитации, попадающих в зону пониженного давления, и от времени их пребывания там. Указанное значение может быть оценено расчетным путем, например по методике, изложенной в работе [43!. Что касается нижнего предельного значения числа кавитации, при котором пузырьковая форма кавитации подавляется вследствие появления развитой формы, то оно может быть гораздо ниже, чем зто дает оценка (6.5), Здесь следует учитывать возможность совместного существования обеих форм кавитации.

На рис. 11! приведена расчетная зависимость, изменения коэффициента давления вдоль образующей эллипсоида для числа кавитации а = 0,3. При расчете положение точек отрыва и замыкания каверны бралось из опыта. При этом расчетное значение числа кавитации оказалось близким к экспериментальному. Из приведенной зависимости р(х) видно, что впереди головной части каверны имеется значительная по протяженности и по величине зона пониженных давлений, которая может служить причиной появления пузырьковой кавитации впереди каверны, соответствующей развитой форме кавитации. По мере углубления кавитации при снижении числа кавитации точка отрыва каверны от тела смещается вверх по потоку, а протяженность зоны пониженных давлений уменьшается.

При некотором значении числа кавитации она становится настолько узкой, что пузырьковая кавитация возникнуть не может, и тогда наблюдается исключительно развитая форма кавитации. При наличии в набегающем потоке большого количества крупных ядер кавитации впереди головной части развитого кавитацнонного течения образуется большое количество кавитацнонных пузырьков, сносимых вниз по потоку, которые могут затруднить наблюдение развитой кавитации.

В этих условиях обнаружение последней и определение формы каверны оказывается затруднительным. Неравенство (6.5) и оценка (6.4) дают качественную зависимость диапазона изменения величины числа кавитации, в котором может существовать пузырьковая кавитация. Как следует из этих зависимостей, с ростом размеров тела и скорости набегающего потока указанный диапазон уменьшается, Этот факт свидетельствует о том, что данные лабораторных опытов, проводимых при меньших скоростях и меньших размерах моделей, чем это имеет место в натуре, приводит к преувеличению роли пузырьковой кавитации, если указанные данные перенесены непосредственно на натуру путем простого пересчета по числу кавитации.

В связи с этим при моделировании явления кавитации для получения результатов, близких к натурным, представляется целесообразным изготовлять модели из материалов, обладающих меньшей смачиваемостью поверхности. У таких моделей развитая форма кавитации будет возникать раньше, а точки отрыва каверны будут смещены дальше вверх по потоку, чем у моделей, изготовленных из металла. Это в конечном счете приведет к сужению диапазона изменения чисел кавитации, при которых существуют условия возникновения пузырьковой формы кавитации. Другой важный пример качественного несоответствия решения кавитапионной задачи с использованием модели идеальной кавитации и результатов наблюдений связав с сильными коле.

бованиями границы каверны, приводящими к их разрушению. Можно выделить три обстоятельства, обусловливающие разрушение границ каверны. 157 дж гдр 7/а 158 1. Сильное возмущающее действие обратной струйки, образующейся в хвостовой части каверны. Это характерно для таких тел, как цилиндр, шар, коаус, крыло при большом угле атаки и т. п, при режимах обтекания, соответствующих сраваительно высоким значениям числа кавитации, когда образуется отвосительно короткая каверна, а обратная струйка оказывается весьма мощной.

Она ударяется о тыльную сторону обтекаемого препятствия и границу каверны, и разрушает последнюю. Меха- низм указанного типа разрушения ясен,. 1 но методы определения границ его существования по числам кавитации и другим параметрам, определяющим кавитационное течение, пока не известны. 2. Малая устойчивость каверны в це- лом, обусловливающая ее разрушениедайз же при сравнительно слабом возмущающем воздействии обратной струйки к набегающего потока.

Это может иметь место и прн обтекании сравнительно тонких тел и крыльев при малых углах атаки. Прямое исследование устойчивости ка- витационпого течения затруднительно. 'Р З"и'и Одаако косвенным способом путем ана- лиза характера решения кавнтационнои тела аращеиия задачи можно получить не только качественные выводы об устойчивости кавитационного течения, но и с достаточно удовлетворительным приближением указать условия, при которых можно ожидать разрушения каверны.

Для иллюстрации сказанного на рис. 112 приведена зависимость для тела вращения длины каверны 1, отнесенной к длине тела, от параметра, обратного величине числа кавитации. При сраваительно малых значениях этого параметра (больших звачениях числа кавитации) длина каверны плавно нарастает с уменьшением числа кавитации, а, начиная с некоторого значения, стремительно растет таким образом, что производная функции 1(1/а) по переменной 1/а становится очень большой. Для данного случая (см. рис. 112) яри 1/а = 10 она обращается даже в бесконечность.

В окрестности 1/а = 10 малым изменениям (возмущениям) числа кавитации соответствуют очень большие изменения длины каверны. В эксперименте создать каверну с длиной близкой Г= 1 оказывается практически невозможным. Вследствие возмущений в потоке, имеющихся всегда в реальных условиях, хвостовая часть каверны силыю колеблется, что приводит к периодическим разрушевиям гравиц каверны на всем ее протяжении от хвоста до точек отрыва от тела. Такое неустойчивое течение наблюдается не только строго при 1/а= 10, а в некотором диапазоне изменения чисел кавитации, где производная функции 1(1/а) велика. Другой характерный случай разрушения каверны связан не только с большой величиной указанной производной, но и с появлением разрывов (неоднозначности) в решении задачи о развитом кавитационном течении. На это, по-видимому, одним из первых обратил внимание Гюрст [67).

Характеристики

Список файлов книги