Общие понятия о кавитации

Термин кавитация латинского происхождения и означает полость, пустоту. При пониженном давлении вода, как и другие жидкости, закипает при меньшей температуре, чем в нормальных условиях, в том числе при комнатной; в ней образуются полости (каверны - это тоже латинское слово, также означающее полость), заполненные паром и растворенным воздухом.
Такие каверны можно увидеть, например, в горной речке с каменистым дном. В судостроении с явлением кавитации гребных винтов впервые столкнулись в 90-х гг. 19 в. при испытании английского миноносца «Деринг» с высокооборотной турбинной установкой. Скорость полного хода корабля оказалась ниже расчетной на 3 уз, причем при больших скоростях происходило резкое увеличение частоты вращения винтов и усиление вибрации. Аналогичные явления наблюдались на опытном корабле «Турбиния» также с турбинной энергетической установкой.
Как известно, подъемная сила на элементе (профиле) лопасти создается преимущественно за счет понижения давления на засасывающей поверхности и в меньшей мере - за счет повышения давления на нагнетательной поверхности. Пусть на элемент лопасти набегает поток со скоростью (в бесконечности) с0; давление далеко перед элементом р0. Рассмотрим некоторую линию тока, проходящую вдоль засасывающей поверхности (рис. 5.1), и выделим на ней точку, в которой давление равно р1, а скорость - с1. В дальнейшем нам удобно будет считать, что это давление - минимальное, а скорость - максимальная (хотя это и не обязательно).

Рис. 5.1. Схема обтекания элемента лопасти

Уравнение Бернулли для выбранной линии тока можно записать в виде:

 ( 5.1 )

Отсюда

Обозначим

 ( 5.2 )

и назовем эту величину коэффициентом местного разрежения. Он зависит от формы профиля, угла атаки, положения точки на профиле, но не зависит от скорости набегающего потока. Как следует из формулы (5.2), минимальное давление на профиле будет равно

 ( 5.3 )

В нормальных условиях вода не способна воспринимать растягивающие напряжения. Более того, при некотором положительном давлении pd, которое называется давлением насыщающего пара и зависит от температуры, она закипает - начинается кавитация, на профиле образуется кавитационная каверна. Зависимость pd от температуры приведена в табл. 5.1.