Кипение, конденсация и кавитация жидкостей
Если абсолютное давление жидкости понижается до давления (упругости) насыщенного пара РИ„ при данной температуре или температура жидкости повышается до температуры насыщения при данном давлении, то в жидкости образуются полости, пузырьки, заполненные (в дегазированной жидкости полностью) насыщенным паром этой жидкости. Происходит фазовый переход жидкости в пар.
Если пузырьки насыщенного пара (кавитационные пузырьки) всплывают на поверхность жидкости, такой процесс называют кипением.
Если кавитационные пузырьки не всплывают на поверхность, а попадают в область повышенного давления или пониженной температуры, происходит их конденсация (смыкание, схлопывание). Такой процесс фазового перехода называют кавитацией.
Давление, возникающее при конденсации одного кавитационного пузырька, составляет десятки мегапаскалей. Смыкание кавитационных пузырьков на стенках гидравлических машин может приводить к кавитационной эрозии материала, т. е. к разрушению поверхности. По этой причине при всасывании жидкости насосом нельзя допускать падения давления в рабочей камере насоса до значения РНП при данной температуре ?нп. Ниже показана зависимость давления от температуры.
|
0 ……………………………….. |
……………………. 0,0061 |
105 |
|
4 ……………………………….. |
……………………. 0,0081 |
105 |
|
10 ………………………………. |
……………………. 0,012 |
105 |
|
20 ……………………………….. |
……………………. 0,023 |
105 |
|
50 ……………………………….. |
……………………. 0,12 |
105 |
|
70 ……………………………….. |
……………………. 0,31 |
105 |
|
100 ………………………………. |
……………………. 1,01 |
105 |
|
200 ………………………………. |
……………………. 15,6 |
105 |
|
300 ………………………………. |
……………………. 86 |
105 |
|
374 ………………………………. |
……………………. 220,8 |
105 |
|
Примечание. Состояние воды (пара) при Рн„ = 221,15• 105 Па и /„ = 374,12 "С называют критическим (жидкость и пар теряют между собой различия). |
Основные способы защиты от кавитационной эрозии следующие: при работе насоса — ограничение высоты всасывания; повышение давления столба жидкости; принудительная аэрация жидкости; применение стойких к кавитационной эрозии материалов — нержавеющих сталей, алюминиевых бронз, хромоникелевых сплавов; применение специальных покрытий — резиновых, нейлоновых и др.
Искусственно создаваемую кавитационную эрозию можно использовать для очистки фильтров буровых скважин, разрушения горных пород и т. д.
Следует иметь в виду, что кавитация может не только разрушать, но и упрочнять склонные к наклепу под действием пластической деформации поверхностных слоев материалы.