В данной статье рассматривается условия возникновения кавитации в дисперсной смеси, которое является многофазность потока, зависящее от свойства пористости сред и предлагается для предотвращения появления резонансного состояния гидросооружений внутрипочвенный экран из интерполимерных комплексов (ИПК).
Интенсивное развитие кавитации в турбинах недопустимо, так как при этом, появляется вибрация, снижается к. п.д. и происходит быстрое разрушение деталей турбины, находящихся в области кавитаци [1]. Поэтому при выборе системы турбины и типа рабочего колеса, а также высот отсасывания стремятся к обеспечению бескавитационных условий работы турбины при всех режимах ее работы. Однако на практике полное исключение кавитации часто оказывается нерациональным, так как из-за этого пришлось бы значительно понизить отметку расположения турбины по отношению к нижнему бьефу и, следовательно, увеличить объем строительных работ в подводной части здания станции [2].
Для установления условия возникновения кавитации в смеси жидкости, рассмотрим состояние потока жидкости в точке 
(рис.1.) в которой имеет место минимальное давление, приводящий к наступлению кавитации.
Рис.1. К определению разрежения на лопасти рабочего колеса турбины
Составим уравнение движение смеси жидкости для относительного движения потока между точкой 
с минимальным давлением и точкой 2, находящейся на выходной кромке лопастей колеса (рис.1).
Обозначим для точки 
давление 
, и при этом скорость смеси имеет вид:
относительная скорость смеси -
и переносная скорость смеси — 
, а для точки 2 соответственно: 
, 
и 
. Принимая плоскость сравнения 0–0 на отметке уровня
смеси жидкости в отводящем канале, и учитывая также переменность приведенных плотностей и концентрации. При установившееся течение смеси, эти параметры могут быть переменными. Тогда можем написать уравнение Д. Бернулли для смеси жидкости в виде [3]:
(1)
где
-потери энергии на пути движения смеси от точки
до точки 2. 
— плотность дисперсионной смеси: 
, 
, 
, 
.
Условием возникновения кавитации является многофазность потока, участвующие в нем фазы взаимопроникают меж собой. Взаимопроникающее движение двух или нескольких фаз может быть рассмотрено как движение их в пористой среде. Для любой из этих фаз другая фаза является несущей пористой средой, в которой она движется. Поэтому для нас имеет существенное значение свойство пористости сред. При взаимодействии сред выделяется энергия с каждой фазы, и она затрачивается для преодоления сопротивлений окружающих фаз и граничивших твердых границ. Кроме того, выделяемая энергия при взаимодействии сред приводит к пульсации и кавитации потока, что является основой для появления резонансного состояния гидросооружений.
Необходимо отметить то, что для предотвращения кавитации потока в некоторой степени можно использовать на месте бурения внутрипочвенный экран из ИПК на основе натрия карбоксиметилцеллюлозы и мочевино-формальдегидной смолы, который сохраняя влажности почвы и противодействуя подъема солей из нижних слоев улучшает пористости среды [4].
Ниже следующими обозначениями в уравнении (1) для смеси жидкости получим, т. е.:
,(2)
где 
- является диффузионным членом взаимодействующих фаз смеси и 
- коэффициент взаимодействия, который:
,(3)
здесь
— истинная плотность; 
,
,
приведенные плотности первой, второй и 
-ой фазы;,
-объёмные концентрации первой и второй фазы жидкости.
Таким образом, согласно уравнению Бернулли для абсолютного движения между точками 2 и 5, имеем:
(4)
Решая совместно уравнения (1), (2),
получим расчетную формулу для определения коэффициента взаимодействия при Пуазейлевом течении: {
(5)
Здесь 
- вязкость несущей жидкости;
-радиус трубы.
Расчетные формулы для коэффициента взаимодействия, приводимые в работе [3], полученные на основе формулы Эйнштейна выглядит в следующем виде:
(6)
Для барометрического давления 
на отметке установки рабочего колеса турбины, получим:
(7)
где 
-теоретическая высота отсасывания;
- динамическое разрежение, обусловленное формой и размерами отсасывающей трубы; 
- динамическое разрежение, обусловленное размерами и формой лопастей рабочего колеса.
Процесс кавитации в турбине начнется тогда, когда абсолютное давление
в точке 
будет равно давлению парообразования. Откуда нужно сказать, что характерные для данной установки: местное барометрическое давление 
; высота расположения рабочего колеса над уровнем нижнего бьефа, называемая высотой отсасывания 
; напор
данной установке. Кавитационный коэффициент установки:
(8)
Следовательно, кавитационный коэффициент 
зависит от коэффициента быстроходности турбины: чем больше быстроходность турбины, тем выше для нее кавитационный коэффициент, так как увеличение быстроходности при данном напоре сопровождается увеличением скорости течения воды как в рабочем колесе, так и в отсасывающей трубе.
Нетрудно также расчетным путем установить точку 
, в которой можно ожидать наибольший вакуум. Поэтому в практике гидромашиностроения кавитационный коэффициент определяется путем испытания моделей гидротурбин на кавитационном стенде.
Выводы
- Выяснено то, что условием возникновения кавитации является многофазность потока, фаза которая является несущей пористой средой. Выделяемая энергия при взаимодействии сред приводит к пульсации и кавитации потока, что является основой для появления резонансного состояния гидросооружений.
- Предложено для улучшения пористости сред создание внутрипочвенного экрана из ИПК на месте бурения почвы.
- Получены расчетные формулы для определения коэффициентов взаимодействий, выводимые из выражений объемных расходов каждой фазы и смеси вязко-идеальных сред при Пуазейлевом течении, а также кавитационного коэффициента турбины.
Литература:
- Алсксандрова Т. А.и Смирнов И. Н. Разработка проточной части вертикальной поворотнолопастной гидротурбины с осевым направляющим аппаратом. «Энергомашиностроение», 1961, № 6.
- Рахматулин Х. А., Хамидов А. А. Об осесимметричных струйных течениях газа. — Докл.АН Узбекистана. — 1976. — № 9.
- Умаров А. И. Об одном способе определения величины коэффициента взаимодействия вязко-идеальных сред.// Гидроаэродинамика многофазных сред.Ташкент:Фан, 1987.С.34–39.
- Мухамедов Г. И., Каримов З., Ахмеджонов Д. Г., Хафизов М. М., Ахмеджанов Г. А. Рекомендации по применению ИПК и созданию противофильтрационного экрана с целью экономии оросительной воды. — Ташкент, 2008, 17 с.
