Гидротехнические сооружения. Том II

(рис. 270 и 271). Это доказано и на опытах. Криво линейное движение воды вызывает изменение давления и скоростей в направлении поперек по тока. Повышению давления на внешней стороне изогнутого потока отвечает по закону Бернулли уменьшение скорости, а понижению давления на внутренней стороне — увеличение скорости (рис. 272). Таким образом при средней скорости ѵ и сред нем давлении р в сечении, перпендикулярном к на правлению течения, получаем: на внутренней стороне колена трубы—повышен ная скорость понижение давления на внешней стороне колена трубы: пониженная скорость w c = $ e -v , повышение давления à p e = 2 . v 2 ( 1 1 Pi j 2g Чем больше кривизна потока, тем больше пони жение давления и повышение скорости. Особый случай криволинейного движения воды представляют изолированные вихри (Кармана), образующиеся ири обтекании тел. Гак как ядро вихря вращается с большей ско ростью, чем его наружные части, то на оси вихря давление понижается (Бернулли). При большой скорости течения и вследствие этого при большой скорости вращения вихрей может случиться, что в ядрах вихрей уже дости гнута граница кавитации, тогда как абсолютное давление в потоке ее превышает. Место наибольшего понижения давления внутри закрытого потока всегда находится там, где сов местно действуют несколько факторов. Как правило, это место находится вблизи наи меньшего сечения потока, за которым струя должна снова расшириться, что происходит не полностью вследствие отставания воды от стенки с образо ванием вихрей. Там, где при расширении живого сечения пузырьки пара получают возможность расширяться, начинается кавитация. Акерет показал, что определенное состояние кавитации всегда отвечает определенной величине p O -p D отношения давлений А = солютное статическое Ч давление = нанору. На рис. 273 представлены различные характер ные стадии кавитации на примере обтекаемого цилиндра, согласно опытов Мартирера с моделями. При высоком общем давлении р 0 , т. е. при больших значениях величины А, вода потока со вершенно прозрачна. В мертвом пространстве за цилиндром обра зуются только водяные вихри, так как кривая давления для самой внутренней водяной струйки (кривая р7), имеющая максимум при встрече с ци линдром и минимум у боковых его стенок, про ходит достаточно высоко над границей кавита ции, почему последняя не может иметь места (рис. 273а). Если без изменения скорости давление в опыт ной системе медленно понижается, то самая низ шая точка кривой p it сначала нисколько не изме няющей своей формы, приближается к границе кавитации, и в ядрах отходящих вихрей возникает кавитация в виде появления пены из мельчайших где р 0 — аб нормалыюго ^ 2 течения, P D — давление пара, q =

С о в о к у п н о с т ь

я в л е н и й

п а р о о б р а - у п л о т н е н и я

з о в а н и я

и в н е з а п н о г о

п о т о к а н а з ы в а е т с я к а в и т а ц и е й . Граница кавитации соответствует разрежению, равному атмосферному давлению минус абсолют ное давление пара: р к (ра ро)-

Рис. 270. Потеря анер гии при ре з ком ' рас ширении трубы: 2— область вихрей; 4—кри вая давлений; ,5—гра ница кавитации 1—кривая энергии; по Ьорда-Карно;

Рис, 271. Потеря 1 энер гии при постепенном расширении трубы; 7—кривая энергии;"; я кривая давлений; 3 - граница кавитации

Давление водяного]Гпара P D изменяется с тем пературой. Для воды, имеющей т е мп е р а т у р у + 4 ° и ,до + 1 0 ° величиной P D можно пренебречь, так

как при / = 10° P D

рав

привояjpepipu

но 0,124 м водяного стол ба. Но и атмосферное давление тоже не яв ляется величиной посто янной, а зависит от ме теорологических условий и высоты места. Для практических це лей за границу кавита ции надо принять р кав = = 10,00 м водяного столба. Сильное падение дав ления, доходящее иногда до границы кавитации, может произойти на тру бопроводе и без затвора по следующим причинам: а) вследствие резкого изменения сечения; б) вследствие измене ния направления движе ния воды (криволиней ные участки труб, колена и пр.); в) вследствие вихрево го движения воды, на пример, при изолирован ных вихрях.

Рис. 272. Распределение на поров и скоростей в коле нах труб/Д

Конусообразное расширение сечения дает боль шее восстановление нанора и меньшую потерю энергии, чем резкое расширение трубы. По при конусе абсолютное давление в сечении F j меньше, а опасность приближения к границе кавитации больше, чем при резком расширении