汽蚀和闪蒸
汽蚀是材料在液体的压力和温度达到临界值时产生的一种破坏形式,分为闪蒸和空化两个阶段。闪蒸是一种非常快速的转变过程,当流体流经调节阀时,由于阀座和阀瓣形成局部收缩的流通面积,产生局部阻力,使流体的压力和速度发生变化(见图1) 。当压力为P1 的流体流经节流孔时,流速突然急剧增加,静压骤然下降,当孔后压力P2 在达到该流体所在情况下的饱和蒸汽压力Pv 前,部分流体汽化成气体,产生气泡,形成气液两相共存现象,称为闪蒸阶段,可见它是一种系统现象。调节阀不能避免闪蒸的产生,除非系统条件改变。而当阀门中液体的下游压力又升回来,且高于饱和压力时,升高的压力压缩气泡,使之突然破裂,称为空化阶段。在空化过程中饱和气泡不再存在,而是迅速爆破变回液态。由于气泡的体积大多比相同的液体体积大。所以说,气泡的爆破是从大体积向小体积的转变。空化是一种从液态→饱和→液态的转变过程,它不同于闪蒸现象。
汽蚀过程中气泡破裂时所有的能量集中在破裂点上,产生几千牛顿的冲击力,冲击波的压力高达2 ×103 MPa ,大大超过了大部分金属材料的疲劳破坏*限。同时,局部温度高达几千摄氏度,这些过热点引起的热应力是产生汽蚀破坏作用的主要因素。闪蒸产生侵蚀破坏作用,在零件表面形成光滑的磨痕。汽蚀如同砂子喷在零件表面一样,将零件表层撕裂,形成粗糙的渣孔般的外表面。在高压差恶劣条件下,*硬的阀瓣和阀座也会在很短时间内遭到破坏,发生泄漏,影响阀门的使用性能。同时汽蚀过程中,空化时气泡破裂释放出巨大的能量,引起内部零件的振动,产生高达10 kHz 的噪声,气泡越多,噪声越严重。
