Шумообразование при кавитации

Одним из эффектов кавитации (как мы уже отмечали) является излучение звуковых шумов различной интенсивности и частоты. Это эффект получил название кавитационного шума. Шум при кавитации возникает в основном при захлопывании кавитационного пузырька. Физические причины излучения звуковых колебаний при газовой и паровой кавитации различны. При газовой кавитации основной причиной звукообразования являются колебания газовых пузырьков. Излучение шума при паровой кавитации связано с захлопыванием паровых пузырьков.

Так как в реальных условиях всегда имеет место смешанная парогазовая кавитация, то происходит наложение друг на друга процессов шумообразования. Возникают резонансные явления, кторые приводят к резким увеличениям кавитационного шума.Необходимо отличать кавитационный шум от шума турбулентного потока, который возникает главным образом из-за пристеночных пульсаций давления, вызванных обтеканием различных местных сопротивлений в том числе и шероховатостей.

Обычно стремятся к тому, чтобы кавитацию в гидравлических системах не допускать. Но иногда это явление может оказаться полезным. Например, оно используется в так называемых кавитационных регуляторах расхода.

Принцип действия такого регулятора рассмотрен на рис. 8. Предположим, что давление в сечении 1-1 (Р₁) является постоянным (неизменна степень открытия крана А), а давление в сечении 3-3 (Р₃) может быть переменным за счет изменения степени открытия крана Б. Открывая кран Б, снижаем давление Р_3. В результате расход через канал регулятора увеличивается, давление в узком сечении 2-2 уменьшается.

Так будет происходить до тех пор, пока давление Р₂ не будет равно давлению насыщенных паров Р_н и в сечении 2-2 не возникнет кавитация. При дальнейшем раскрытии крана Б область кавитации в узком месте канала (кавитационная каверна) будет увеличиваться, а давление в сечении 2-2 стабилизируется. Расход при этом будет оставаться постоянным, несмотря на падени давления Р₃.

Таким образом удается стабилизировать расход жидкости через регулятор в условиях, когда противодавление Р₃ меняется от критического (Р₃)_кр, соответствующего началу кавитации, до какого-то минимального давления – до нуля.

На рис. 9 представлены результаты экспериментального исследования зависимости расхода Q от давления на выходе при различных давлениях на входе для регулятора, выполненного на основе трубы Вентури. На рис. 10 представлено обобщение этих зависимостей в безразмерных координатах Q/Q_max = f(Р_вых/Р_вх), в результате чего получилась единая кривая. Графики показывают, что точность стабилизации расхода достаточно высокая.

Описанная стабилизация расхода вследствие кавитации аналогична явлениям, возникающим при истечении газа, когда скорость истечения становится равной скорости звука.