Факторов на возникновение кавитации

Влияние поверхносного натяжения. Кавитация является динамическим явлением, но влияние поверхностного натяжения может быть понято из рассмотрения условий равновесия сферического пузырька в жидкости, т.е. из статики, согласно уравнению

Р = Р_вн – 2/σR_0, (3)

где Р – внешнее давление на пузырек, Р_вн – давление внутри пузырька, σ - коэффициент поверхностного натяжения, R₀ – первоначальный радиус пузырька.

Из этого уравнения можно видеть, что давление внутри пузырька больше, чем давление, оказываемое на него со стороны жидкости, на величину давления, создаваемого поверхностным натяжением. Условие, необходимое для роста пузырька, в соответствии с уравнением (1) выразится так

Р ≤ (Р_г + Р_н) - 2σ/R (4)

Р_г + Р_н = Р_вн – внутреннее давление пузырька согласно закону Дальтона

При образовании пузырька его радиус очень мал, поэтому внешнее давление, при котором пузырек может начать расти, должно быть очень низким.

Давление насыщенных паров жидкости (Р_н) оказывает значительное влияние на возникновение и развитие кавитации. Это прослеживается по уравнению (2), хотя экспериментально замечено, что в жидкостях с высоким давлением насыщенных паров или в жидкостях, содержащих небольшой процент веществ с высоким давлением насыщенных паров, таких как ацетон или спирт, способность к зарождению кавитации проявляется незначительно.

Влияние вязкости. Вязкость жидкости оказывает существенное влияние на процесс возникновения кавитации. Это влияние может быть понято из рассмотрения условий равновесия сферического пузырька в жидкости (рис. 2). Видно, что скорость роста сферического пузырька замедляется с увеличением вязкости жидкости.

В маловязкой жидкости пузырьки, выросшие до определенного размера, могут делиться, в результате чего возникают дополнительные центры кавитации. В жидкостях с повышенной вязкостью подвижность пузырьковых ядер незначительна, поэтому в жидкостях с высокой вязкостью порог кавитации может быть высоким.

С другой стороны, высоковязкие жидкости способны растворять (аккумулировать) большее количество газа, что способствует более раннему возникновению кавитации при одинаковых параметрах течения.

Наличие примесей или добавок в жидкости может как ослабить, так и увеличить сопротивление жидкости растягивающим усилиям. Опыты показывают, что на возникновение слабых мест в жидкости, т.е. на появление субмикроскопических пузырьков, ослабляющих прочность жидкости (снижающих сопротивление разрыву) в основном влияют несмачивающиеся и нерастворимые примеси. Степень влияния этих факторов различна. Экспериментально обосновано положение, что основным фактором, влияющим на прочность жидкости, является степень смачиваемости примесей жидкостью, т.е. сила взаимодействия на границе раздела между жидкостью и твердым веществом или между двумя разнородными жидкостями.

Имеются систематические и убедительные экспериментальные данные, доказывающие, что малой добавкой поверхностноактивных веществ можно задержать процесс развития кавитации.