ĐỘNG LỰC TÀU THUỶ - PHẦN 2 THIẾT BỊ ĐẨY TÀU THỦY - CHƯƠNG 18

Sự xâm thực chong chóng 18.1. Khái niệm về xâm thựcLần đầu tiên vào những năm 90 của thế kỷ XX khi thử các tàu lắp tuốc bin cao tốc người ta đã phát hiện ra hiện tượng xâm thực trong thực tế kỹ thuật. Ví dụ, trong những đợt thử tàu phóng lôi “Đering” của Anh tốc độ thực tế thấp hơn tốc độ tính toán trên ba hải lý, khi ở những tốc độ lớn vòng quay chong chóng tăng lên đột ngột và gây chấn động thân tàu rất mạnh. Khi thử tàu “Tuốcbinha” cũng xảy ra...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
ĐỘNG LỰC TÀU THUỶ - PHẦN 2 THIẾT BỊ ĐẨY TÀU THỦY - CHƯƠNG 18 Ch¬ng 18 Sù x©m thùc chong chãng 18.1. Kh¸i niÖm vÒ x©m thùc LÇn ®Çu tiªn vµo nh÷ng n¨m 90 cña thÕ kû XX khi thö c¸c tµu l¾p tuèc bin cao tècngêi ta ®· ph¸t hiÖn ra hiÖn tîng x©m thùc trong thùc tÕ kü thuËt. VÝ dô, trong nh÷ng®ît thö tµu phãng l«i “§ering” cña Anh tèc ®é thùc tÕ thÊp h¬n tèc ®é tÝnh to¸n trªn bah¶i lý, khi ë nh÷ng tèc ®é lín vßng quay chong chãng t¨ng lªn ®ét ngét vµ g©y chÊn®éng th©n tµu rÊt m¹nh. Khi thö tµu “Tuècbinha” còng x¶y ra hiÖn tîng t¬ng tù. Khiph©n tÝch nguyªn nh©n cña c¸c hiÖn tîng ®ã ngêi ta gi¶ thiÕt r»ng chóng ®Òu ®îcsinh ra bëi c¸c bät ë trªn c¸nh. Danh tõ “x©m thùc” xuÊt ph¸t tõ tiÕng Latinh “Cavitas”(kho¶ng kh«ng) do Фpyg ®Ò xíng. X©m thùc lµ sù ph¸ huû tÝnh liªn tôc cña chÊt láng kÌm theo viÖc xuÊt hiÖn trªnmÆt vËt thÓ c¸c hèc chøa ®Çy h¬i níc hoÆc kh«ng khÝ. X©m thùc xuÊt hiÖn ë nh÷ng®iÓm, mµ t¹i ®ã ¸p suÊt côc bé gi¶m ®¸ng kÓ khi chÊt láng chuyÓn ®éng. Khi ¸p suÊttrong chÊt láng nhá h¬n trÞ sè tíi h¹n PKP th× t¹i ®iÓm ®ã h×nh thµnh mét hèc chøa ®Çyh¬i níc vµ kh«ng khÝ. Khi dßng ch¶y bao quanh vËt c¶n r¾n ta dÔ dµng nhËn thÊy hiÖntîng nµy nhÊt. §èi víi tµu thuû hiÖn tîng x©m thùc cã thÓ x¶y ra trªn thiÕt bÞ ®Èy vµtrªn vËt nh« (b¸nh l¸i, gi¸ ®ì trôc chong chãng). KÝch thíc vµ sè lîng hèc phô thuéc vµo h×nh d¹ng bät vµ møc ®é ph¸t triÓn x©mthùc. H×nh d¹ng bät x©m thùc rÊt kh¸c nhau vµ cã thÓ chia ra thµnh nhng d¹ng sau: Bät xo¸y – lµ h×nh d¹ng x©m thùc mµ trong qu¸ tr×nh cña nã c¸c hèc ë c¸c bät®¬n lÎ hoÆc liªn tôc. KiÓu x©m thùc nµy b»ng m¾t thêng cã thÓ tr«ng thÊy nh÷ng xo¸ytù do. C¸c bät n»m trong c¸c lâi cña c¸c xu¸y tù do. Sîi bät – lµ lo¹i x©m thùc, mµ trong qu¸ tr×nh t¸c ®éng nã t¹o ra c¸c hèc theod¹ng c¸c bät trßn h×nh cÇu biÖt lËp hoÆc nh÷ng bät li ti gÇn nh h×nh cÇu di chuyÓn däcbÒ mÆt vËt thÓ. Mµng sîi – lµ lo¹i x©m thùc, mµ trong qu¸ tr×nh t¸c ®éng nã t¹o ra c¸c hèc liªntôc cã cÊu tróc d¹ng thuû tinh cè ®Þnh trªn bÒ mÆt vËt thÓ. ë phÇn ®u«i vËt thÓ tån t¹imét vïng kh«ng æn ®Þnh, cã thÓ tr«ng thÊy dßng níc ngîc. D¹ng x©m thùc kiÓu bät xo¸y hoÆc sîi bät nã ®Æc trng cho giai ®o¹n thø nhÊt cñax©m thùc. Nh trªn ®· nãi, sù xuÊt hiÖn x©m thùc cã liªn quan ®Õn sù ph¸ huû tÝnh liªn tôccña chÊt láng. §èi víi chÊt láng nguyªn chÊt, c¸c phÇn tö cña chóng liªn kÕt víi nhaurÊt chÆt chÏ ®Õn nçi ®Ó ph¸ vì nã cÇn ph¶i cã cêng ®é 200 ¸ 300.104 Pa. Tuy nhiªnc¸c chÊt láng thùc th× liªn kÕt gi÷a c¸c ph©n tö kÐm chÆt chÏ h¬n. Nguyªn nh©n c¬ b¶nlµ do trong chóng cã c¸c chÊt khÝ kh«ng hoµ tan ®ãng vai trß h¹t nh©n x©m thùc. Sù tånt¹i trong chÊt láng c¸c bät kh«ng hoµ tan cã thÓ gi¶i thÝch r»ng c¸c bät lín bung lªn bÒmÆt chÊt láng, cßn c¸c bät li ti tån t¹i do sù t¬ng t¸c cña c¸c lùc c¨ng bÒ mÆt. HiÖn cã nhiÒu gi¶ thiÕt ®Ó gi¶i thÝch mÇm mèng cña x©m thùc, trong ®ã cã ®Þnh ®Òthêng gÆp do Е.Гаръе ®Ò xuÊt, theo ®Þnh ®Ò ®ã th× h¹t nh©n cña chÊt khÝ n»m gÇn bÒmÆt kh«ng thÊm ít cña nh÷ng vËt r¾n. Do kh«ng ®îc thÊm ít nªn biªn ng¨n c¸ch 131híng ®é låi vÒ phÝa hèc kh«ng khÝ vµ lùc c¨ng bÒ mÆt cã thÓ æn ®Þnh ®îc c¸c h¹tnh©n x©m thùc. ¸p suÊt h¬i níc b·o hoµ, mµ ®îc lÊy lµm ¸p suÊt tíi h¹n phô thuéc vµo nhiÖt ®écña níc (b¶ng 18.1) B¶ng 18.1. ¸p suÊt h¬i níc b·o hoµ khi nhiÖt ®é thay ®æi.o C 0 5 10 15 20 30 40 50 60 100 610 870 1220 1700 2320 4280 7350 12280 19850 101000Pv,Pa B©y giê ta xÐt ®êng dßng trong chÊt láng ch¶y qua ®iÓm cña vËt thÓ, mµ t¹i ®ãxuÊt hiÖn x©m thùc khi dßng ch¶y cã mét tèc ®é nµo ®ã. ChØ sè “0” dµnh cho c¸cth«ng sè dßng ch¶y cña chÊt láng kh«ng bÞ c¶m øng. ChØ sè “1” cho c¸c th«ng sè cñadßng ch¶y ë ®iÓm n»m trªn mÆt vËt thÓ. Trong trêng hîp nµy ph¬ng tr×nh BÐcnuliviÕt díi d¹ng: rv02 rv 1 2 P0 + = P1 + (18.1.1) 2 2 §æi ph¬ng tr×nh sang d¹ng: P0 - P1 v12 = 2 -1 (18.1.2) rv02 v0 2 Ta ký hiÖu vÕ ph¶i lµ p . HÖ sè gi¶m ¸p suÊt p cã thÓ biÓu diÔn b»ng tæng cña haisè h¹ng. P0 - Pv P1 - Pv p= - (18.1.3) rv02 rv02 2 2 ( ) TrÞ sè s = (P - Pv ) / r v 2 / 2 gäi lµ sè x©m thùc. TrÞ sè nµy lµ tiªu chuÈn c¬ b¶n ®Ó x©y dùng m« h×nh x©m thùc. Ta viÕt c«ng thøc (18.1.3) díi d¹ng p = s 0 - s M , trong ®ã: P0 - Pv s0 = - sè x©m thùc cña dßng ch¶y rv02 / 2 P -P sM = 1 2 v - sè x©m thùc côc bé (18.1.4) rv0 / 2 V× hiÖn tîng x©m thùc x¶y ra vµo thêi ®iÓm khi ¸p suÊt t¹i ®iÓm ®· cho cña dßngch¶y b»ng ¸p suÊt h¬i níc b·o hoµ P1 = Pv, nªn viÖc xuÊt hiÖn x©m thùc øng víi trÞ sèsM =0. NÕu vµo thêi ®iÓm xuÊt hiÖn x©m thùc s M = 0 th× ®iÒu kiÖn ®Ó x¶y ra x©m thùc lµs 0 = p , nghÜa lµ sè x©m thùc cña dßng ch¶y b»ng hÖ sè gi¶m ¸p suÊt. Nh vËy x©m thùc cã thÓ x¶y ra theo sè x©m thùc bÊt kú, nã sÏ cµng cao khi hÖ sègi¶m ¸p suÊt cµng lín. Sè x©m thùc kh«ng ph¶i lµ tiªu chuÈn duy nhÊt ®Ó lËp m« h×nh x©m thùc, ®Æc biÖtë nh÷ng hèc dµi vµ dÇy cÇn ph¶i chó ý ®Õn c¶ ¶nh hëng cña sè Fr. Khi nghiªn cøu c¸chèc, mµ c¸c biªn cña nã cã ®é cong lín cÇn ph¶i chó ý ®Õ ...