Кавитация возникает, когда в жидкости из-за неравновесности локальных динамических сил создаются небольшие и в основном свободные от жидкости полости пара, которые называют пузырьками или порами. Это обычно происходит, когда жидкость подвергается быстрым изменениям давления при изотермических условиях. Пример. Если бы давление упало ниже порогового (давления насыщения пара), жидкость вскипала бы с образованием заполненных паром полостей, тогда поры сжимались бы (коллапс пузырьков) и создавали интенсивные ударные волны, когда пузырьки пара подвергались давлению, превышающему пороговое давление.

Для жидкого потока тенденция к кавитации характеризуется числом кавитации, которое приводится ниже:

уравнение 2.157

где p - абсолютное значение эталонного избыточного давления потока, такого как входное давление; pv - давление насыщения пара, которое является материальным свойством, зависящим от температуры и давления; знаменатель представляет скоростной напор потока, в котором ρl - плотность жидкости, а U∞ - скорость свободного потока. Таким образом, уравнение 2.157 показывает, что по мере уменьшения числа кавитации становится более вероятной кавитация в жидком потоке.

Стационарные и нестационарные потоки с кавитацией могут возникать во многих жидких технических системах, таких как топливные инжекторы, жидкие насосы, пропеллеры, лопастные колеса, суда на подводных крыльях, гидростатические подшипники и сердечные биоклапаны. Кавитация часто является нежелательным явлением. Она может существенно понижать производительность, что проявляется в уменьшении массовой скорости потока, понижении напора насосов, асимметрии нагрузки, колебаниях и шуме. Кавитация также наносит физический ущерб устройству из-за воздействия пузырьков на поверхность, что в конечном счете может влиять на структурную целостность. Чтобы минимизировать кавитацию или объяснить ее появление, необходимо знать о существовании и распространенности кавитации во время начальных стадий проектирования. Таким образом, важно предоставить в CFA точные и надежные возможности моделирования кавитации. Creo Flow Analysis предлагает полный модуль кавитации и настраиваемые инструменты (шаблоны) для численного моделирования потоков с кавитацией, возникающих в разнообразных жидкостных системах.

В этом разделе описываются теория моделирования и модели кавитации, используемые в Creo Flow Analysis. Также описаны параметры и настройки модели, рабочий процесс и последующая обработка количественных результатов. Поскольку кавитация является тепловым процессом фазового перехода между жидкостью и фазами пара, она моделируется как перенос массы через границу фаз в многофазных потоках. Однако в Creo Flow Analysis кавитация моделируется независимо от модуля Многофазный (Multiphase). Чтобы получить доступ к этому модулю, выполните следующие шаги.

Ниже приведено описание элементов в модуле Кавитация (Cavitation):