И. Пирсол - Кавитация (1163263), страница 4
Текст из файла (страница 4)
!Д Схема зрознонных испытаний с помощью ударного ме- тода. ционных испытаний. Такой метод особенно целесообразно использовать при испытаниях поверхностных покрытий и хрупких материалов. Заметная эрозия, даже для наиболее стойких материалов, начинается уже в течение первых четырех минут. Ударный метод пригоден лишь для испытаний с водой, но к его помощи прибегают так.
же при исследовании паровой эрозии на лопатках тур. бин, которая, подобно дождевой эрозии на самолетах, весьма сходна с кавитацнонной эрозией. В некоторых случаях описанный метод несколько вндоизменяетсяз вместо колеса используется вращающийся диск, на поверхности которого укрепляется образец. Испытания в рабочей части гидродинамической трубы Рабочая часть гидродинамической трубы служит для получения высоких скоростей потока. Кавитация возникает как на испытуемом образце, помещенном в эту Рис. 12, Схема зрознонных испытаний в кавитационной трубе. часть трубы, так и на стенках самой трубы.
Существенным преимуществом данного метода по сравнению с дру- «з1 В.ы ~М Фф $. мЕ Ж 0 10 00 Рд 00 50 0 днопооть вдовин (ударный мвтод), хыгмын Рис. 1З. Соотношение между результатами врозионных испыта- ний, полученными ударным и вибрационным методами. гимн является то обстоятельство, что здесь мы имеем дело с истинной гидродинамической кавитацией. Однако эрозия начинается далеко не сразу (через 16 — 24 ч после начала испытаний), и для ее возникновения необходима скорость потока выше 40 м/с. 27 йг йв Ь" Е цв в йг ы р г е в в ув а ге йу „ув га ькодосьнь йоолии (Уйтдлый льанор) т Льна/млн Рис. Рй Соотношенне между результатаын ераанонных испытаний, нолученнымн н кавнтапнонной трубе н ударным методом.
В целом различные методы испытаний дают довольно близкие результаты. На рис. 13 н 14 сравниваются данные, полученные рассмотренными методами. Осредненная прямая, вокруг которой размещаются экспериментальные точки, указывает на линейный характер зависимости между этими результатами, Исключение составляют лишь хрупкие материалы и образцы с упрочиенной поверхностью. 3.3.
Связь между сопротивлением эрозии и стойкостью гйатериалов Многочисленные исследования были проведены с целью установить связьмежду сопротивлением материалов эрозии и их физическими свойствами. Определенный успех достигнут прн анализе таких характеристик материалов, как работа деформации и упругие свойства пара. Но ни одно из этих свойств не определяет полностью н однозначно эрозионной стойкости, хотя ясно, что основную роль при этом должны играть высокая прочность на разрыв, высокая тьердость и хорошие усталостные свой- 2В уоо вао оооо го " 10 ф во 3 во $4оо а ее $' ~Ф МЮ в Ф 4О о 1ОО гОО 4ОО ВРО 1ООа' 1МРВоауиэ ф~/ВО1 Риз. 15. Соотиоаеиие между скоростью эрозии и тиердоетью ме- териалои. ства.
Возможно, наибольшее внимание следует уделить исследованию связи между сопротивлением эрозии н твердостью материала, с которой связаны как инкуба« ционный период, так и-период высокой скорости эрозии (см. рнс. 8). Чем больше твердость материала, тем 'ниже скорость эрозии и больше инкубационный перяод, На % йв т ау -ав ъ ат и ав м ав >~ а4 ф ъ а2 а "~вв гоо 4вв ввв ввв тоао аг Твердость (Н7(30) Рис. НЬ Эависимость иннрбапнонного периода от твердости мате- риалов. рис. 15 и !6 представлены результаты, полученные с помощью вибрацнонного метода. Скорость эрозии зависит также от скорости течения жидкости, давления в ней, температуры и газосодержання. Испытания в рабочей части гидродинамической трубы показали, что потери веса материала пропорциональны скорости в седьмой степени (рт).
В результате же испытаний при взаимодействии со струей оказалось, что потери веса пропорциональны скорости в пятой степени (йв). Кроме того, установлено, что эрозйя приближенно пропорциональна квадрату давления и несколько увеличивается с ростом температуры. Как показал Хоббс [181, эрозия в воде достигает максимума при 60'С. 4-. Навитация мрыла 4.1. Обычные крылья Кавитация вызывает уменьшение подъемной силы и возрастание сопротивления крыльев судов на подводных крыльях, а также ухудшает характеристики стоек, вии.
тов, насосов и турбин. Влияние кавитации обычно исследуется с помощью испытаний в гидродинамических трубах, хотя ее возникновение можно предсказать по распределению давления, полученному теоретически или путем продувок в аэродинамических трубах 1191.
48 с11» Рис. 17. Распределение давления ио профилю крыла. Типичное распределение давления по поверхности крыла показано на рис. 17 '. Считается, что кавитация возникает, когда мини. мальное давление становится равным давлению насыщенных паров жидкости. Это справедливо только в пер- ' Распределение давления по нижней стороне показано неверно. Вблизи носика суптествует критическая точка, где коэффициент давления равен единице, а затем он'монотонно"падапт к задней стейке. — . Прим.
ред, -у !! й. а уб г угрл алтася(Фала!р Рис. 18. Зависимость коэффициента подъемной силы от угла атаки и числа кавитацни. Профиль !ЧАСА 44!2. вом приближении; в действительности возникновение кавнтации зависит от различных, упомянутых выше еракторов. Кавитационные характеристики крыла обычно выражают в зависимости от числа кавитации: Р1 — Р„ оь —— —,рйгт! После возникновения и развития кавитации циркуляция н распределение давления по крылу изменяются. вр гй ~ъ й) и а 1П йп Да йР тливо каацтатгттуу (дД Рис. 1У.
Качество крыла в вависимости от угла вгики а и числа кввитаиии 1для профиля )ЧАСА 44!2), Пувктврвая лвквв указывает граввку, прв которой вааерва ваходвтсв в пределах крыла. В результате уменьшается подъемная сила крыла, а сопротнвленне увеличивается. На рнс. 18 представлена завнснмость подъемной силы крыла от числа кавнтацнн н угла атаки. Рнс. 19 показывает снижение качества крыла с развитием кавнтацнн 120~. Поскольку кавнтацня начинается раньше прн больших углах атаки, для получения хороших кавнтацнонных характеристик углы атаки должны быть малыми (менее 8'). Тонкие крылья с небольшим прогибом также обладают хорошими квента.
цноннымв характеристиками. К сожалению, указанные требования, обеспечивающие хорошие кавитационные характеристики, не всегда способствуют получению нужных суммарных характеристик машин, поэтому прнхо. днтся идти на некоторый компромисс. Размеры области, охваченной кавнтацней, зависят от числа кавнтацнн н ,угла атакн. Когда каверна становится больше хорды крыла, его подъемная сила н качество существенно па. дают. 3 И.
Пвр 33 гг 16 14 тг $. 16 „.6 6 .ит 4 $ г 'ф Д г гб гб ~а 4о тйуатр Кааиуисттрти ~еа) Рис. гз. Каантанионная диаграмма для крыла гиАСА 44!2. Заютриковваа область, соответствующие режимам аамыкаваа каверны аа ирофиле. На рис. 20 показаны кавитационные области на профиле крыла в зависимости от числа кавитации и угла атаки. 4.2. Решетка профилей (крыльев) Когда совместно используется ряд крыльев, как, например, в винте или рабочем колесе насоса, необходимо Рис. г1. Схема обтекания решетки.
учитывать их взаимное влияние (эффект решетки). Эффект решетки меняет кавитационные характеристики крыльев, а также их подъемную силу и сопротивление. В основном он сводится к уменьшению пика разрежения, что снижает подъемную силу профиля для данного угла атаки. Вместе с тем решетка профилей играет и положительную роль, препятствуя возникновению кавитации.
Об этом свидетельствуют и результаты испытаний решеток профилей в кавитационном режиме (21, 22). 4.3. Суперкавитирующие крылья В определенных случаях (например, быстроходные суда, их винты, скоростные насосы), когда скорости настолько велики, что избежать кавитации невозможно, разрабатываются специальные суперкавитирующие крылья. Благодаря острой входной кромке таких крыльев каверна образуется по всей стороне разрежения крыла, Обычнрв 9юыв Ф Сулрхмнпырующсв крыла И/ Рис. ал. Форма подводных крыльев. Смыкание каверны происходит за крылом, и в результате эрозия последнего исключается (рис.
22). Такой метод позволяет добиться приемлемых значений подъемной силы и сопротивления. Эти характеристики для суперкавйтирующих крыльев значительно лучше, чем--для обычных, ко уступают параметрам некавитирующих профилей (23). В настоящее время собрано большое количество' экспериментальных данных по изолированным суперкавитирующим крыльям, однако решетки таких профилей исследованы лишь в едиинчных работах (22); можно также назвать несколько теоретических работ (24, 25).
Установлено, что эффект решетки у суперкавитирующих крыльев проявляется в основном таким же образом, как и у обычных. Г Зе 5. Навитация в насосах 5.1. Определение и параметры Насосы кавитируют, когда давления достаточно низки илн скорости достаточно велики. Как и в случае подводных крыльев, кавитацня возникает, если местное давление на стороне разрежения лопатки насоса становится Рис. 28. Схема насоса. близким к давлению насыщенных паров жидкости, то есть — — дй,— лай ж —, Ра Ра Р Р где Р, — атмосферное давление, Р„ †давлен паров или критическое давление, ~'ы дай= — +~— 2 2 здесь Х вЂ” эмпирический коэффициент, зависящий от формы лопатки; для крыла он равен числу кавитации оа.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
