Возможно, вы видели такой фокус: стеклянная бутылка заполняется водой, берется в одну руку, другой рукой сверху вниз наносится резкий удар по горлышку. Результат – дно бутылки с треском отлетает. В принципе, ничего фантастического здесь не происходит. Данный фокус принято объяснять таким явлением, как кавитация. В момент удара в области дна бутылки резко падает давление, из-за чего в жидкости появляются пузырьки-каверны. Их последующее мгновенное схлопывание сопровождается выделением большого количества энергии. Она-то и становится причиной разрушения бутылки.
С разрушительным влиянием кавитации столкнулись давно. Кавитационным разрушениям подвержены, например, гребные винты кораблей и подводных лодок. Вихревой поток, создающийся винтом, заполняется этими самыми пузырьками с их последующим схлопыванием из-за перепада давления. В результате на поверхности винта появляются выбоины-щербинки. Иногда винт выходит из строя буквально за пару лет. Тем же неприятным воздействиям подвержены и водяные насосы, из-за чего их корпус с внутренней стороны покрывается выбоинами. Поэтому время от времени конструкция насосов сильно изнашивается и подлежит ремонту.
Та же напасть одолевает и гидротехнические сооружения. Из-за кавитации возникают разрушения на стенках турбинной камеры. Например, на Новосибирской ГЭС, по свидетельству ученых СО РАН, есть выбоины величиной с кулак. Кроме того, на лопастях турбин появляются щербины, которые постепенно «выедают» конструкцию. Причем, предсказать степень разрушений с математической точностью невозможно. На разных станциях это происходит по-разному. Всё это связано с разной геометрией конструкций и разными режимами работы станции. Есть станции, где раз в пять лет нужно лишь немножечко «подлатать» разрушенные места. А бывают случаи, когда, вскрыв агрегат после пяти лет эксплуатации, техники хватаются за голову: «Мама родная! Сколько тут кавитация съела!».
Как считают ученые, кавитационные разрушения – проблема очень серьезная. Здесь приходится решать как материаловедческие задачи, так и задачи, связанные с вопросами гидродинамики, а точнее – с управлением распределения давления в самой системе. Материаловедческие задачи еще как-то решаются. Конструкторы пытаются подобрать необходимые сплавы, чтобы усилить сопротивление рабочих частей агрегата кавитационному воздействию. А вот с решением гидродинамических задач дело обстоит сложнее, и здесь потребуются специальные исследования.
Все дело в том, что физика этого явления еще изучена плохо. Как пояснил доктор физико-математических наук, ученый секретарь Института теплофизики СО РАН Павел Куйбин, умозрительные модели на этот счет есть, а вот реальных, физических моделей, реального эксперимента до сих пор нет. И в ближайшее время здесь будет запущен очередной испытательный стенд, где данный феномен будет рассмотрен, что называется, воочию. В принципе, изучение кавитации специалистами Института уже идет вовсю. Один такой стенд был создан три года назад, где можно было рассматривать отдельные проявления кавитации, в первую очередь – те процессы, что происходят в зоне лопаток турбины. Теперь же появится новый кавитационный стенд, позволяющий смоделировать реальные условия работы гидротехнических сооружений. Благодаря прозрачным стенкам здесь возможна оптическая диагностика: ученые могут всё увидеть собственными глазами, всё измерить и изучить все детали процесса. Такой возможности, кстати, нет даже у производителей гидротурбин.
Важно отметить, что исследования новосибирских ученых в данной области пользуются известностью в зарубежных странах, где также изучается проблема кавитации. В этом смысле, по мнению Павла Куйбина, специалисты Института теплофизики работают на переднем крае науки.
Олег Носков
- Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии