Акустическая кавитация

Кроме указанных факторов на обрабатываемую среду воздействуют значительные касательные (сдвиговые) напряжения в зазоре между ротором и статором, турбулентность, пульсации, вибрации, акустические колебания, гидродинамическая и акустическая кавитация. [c.347]

В некоторых приложениях кавитация используется как полезное явление. Наиболее важное значение имеет акустическая кавитация. Она используется в аппаратах для очистки сложных деталей, например головок электробритв и прецизионных клапанов, а также для встряхивания и перемешивания в специальных технологических процессах. До последнего времени кавитационный источник звука успешно использовался для эхолокации рельефа морского дна [2]. Кавитацию в трубке Вентури или дроссельной шайбе можно использовать для регулирования расхода. В этом случае кавитация оказывает запирающее действие, аналогичное запиранию в потоках сжимаемого газа при отношениях давления выше критического. [c.29]

Во всех предыдущих соотношениях для устойчивости не учитывалось влияние инерции и других зависящих от времени факторов на рост пузырьков. Однако, как отмечалось в гл. 1, кавитация связана с изменением скоростного напора, либо с его падением или повышением в случае гидродинамического течения вдоль твердой границы, либо с полями переменного давления, как в случае вибрационной и акустической кавитации. Поведение ядра в процессе его роста до критического размера зависит от типа поля давления в окружающей среде. [c.108]

Акустическая кавитация 29 Акустическое излучение 53 [c.669]

Интенсивное звуковое поле, генерируемое в жидкости за счет колебаний твердого тела (по нормали к поверхности жидкости) при достаточно больших амплитудах и частотах может вызвать вибрационную или акустическую кавитацию. [c.43]

Возможны также и другие типы кавитации они будут описаны в гл. XV. Помимо срывной кавитации на спинке винта и турбинных лопаток, известна так называемая концевая кавитация, срывающаяся по спирали с концов винта, вихревая кавитация вблизи затопленных струй и акустическая кавитация , вызываемая звуком. [c.17]

Акустическая кавитация. Когда звуковой (или ультразвуковой) луч высокой интенсивности сфокусирован внутри жидкости, то в ней также образуются мельчайшие пузырьки, однако масштаб времени в этом случае имеет другой порядок величины. [c.407]

АКУСТИЧЕСКАЯ КАВИТАЦИЯ- РАСПРОСТРАНЕНИЕ [c.138]

Важность исследования кавитации была понята в начале нашего века, когда судостроители столкнулись с быстрым разрушением корабельных винтов из-за кавитационной эрозии. Первое математическое описание поведения кавитационной полости в жидкости было дано Рэлеем в 1917 г. [1]. Предложенная им модель сферической пустой полости, захлопывающейся в несжимаемой жидкости, помогла частично понять эрозионное действие кавитационных пузырьков. Дальнейшие исследования акустической кавитации были вызваны широким использованием звука и ультразвука в технологических процессах, где кавитация является одним из сильно действующих факторов, а также необходимостью повышения мощности акустических преобразователей в гидроакустике, где кавитация ставит предел максимальной интенсивности звука, излучаемого акустическими антеннами. [c.138]

В экспериментах с акустической кавитацией всегда имеют дело с кавитационной областью [32, 331, т. е. совокупностью взаимодействующих кавитационных пузырьков. Многие свойства кавитационной области при умеренных [c.155]

Пример возбуждения собственных пульсаций был нами дан на рис. 6.4, относящемся к динамике парового пузырька в жидком азоте. Вторым источником гармоник являются импульсы высокого давления, излучаемые при сферическом и несферическом коллапсе пузырька, дающие сплошной спектр кавитационного шума [34, 37]. Гармонические компоненты возникают вследствие того, что импульсы высокого давления возникают периодически сплошная часть спектра обусловлена разбросом моментов захлопывания пузырька в течение фазы сжатия звука. Вклад в сплошную часть спектра дает также излучение на собственных частотах пульсаций вновь образующихся пузырьков при несимметричном коллапсе. В спектре кавитационного шума обращает на себя внимание присутствие субгармонических составляющих на частотах п/р/2, п/р/3,.. . Механизм их излучения до сих пор до конца не выяснен субгармонические компоненты эффективно используются в эксперименте как индикаторы акустической кавитации. [c.157]

Остановимся теперь на вопросе о зародышах кавитации. Чистая жидкость имеет порог кавитации (теоретически [42]) 10 Па. Зародыши в ней могут возникать только вследствие гетерофазных флуктуаций. Но реально кавитационная прочность жидкостей, в том числе и воды, редко превышает 10 Па, что означает, что в жидкости присутствуют достаточно крупные стабильные пузырьки газа. Общепринятой гипотезой, объясняющей их возникновение и длительное существование, является следующая. В очищенной воде, дегазированной и профильтрованной, количество пузырьков ничтожно мало, и ее прочность может достигать около 3-10 Па [33]. Под действием космического излучения молекулы воды распадаются, образуя водород и кислород, которые растворяются в воде. Через некоторое время их концентрация возрастает до такой степени, что из-за флуктуаций могут образоваться пузырьки размерами 2 10 см. На поверхность этих пузырьков попадают молекулы поверхностно активных веществ, которые всегда, хотя и в малом количестве, присутствуют в жидкости. Мономолекулярный слой таких веществ на поверхности пузырька полностью останавливает диффузию газа из пузырька в жидкость, и даже в жидкости, где концентрация растворенного газа намного меньше насыщенной, такой пузырек будет жить длительное время. Броуновское движение пузырьков приводит к их столкновению и слиянию. Таким образом, возникают более крупные пузырьки, которые и обусловливают реальную кавитационную прочность жидкости. Зародышами кавитации могут служить и твердые несмачиваемые частички, а также газовые включения в трещинах и порах твердых поверхностей. В некоторых жидкостях, например в жидком гелии и водороде, зародышами кавитации являются паровые пузырьки, возникающие либо на теплых поверхностях вследствие локального вскипания, либо на треках пролета ионизующих частиц космического излучения. Это открывает возможности применить акустическую кавитацию для регистрации ионизующего излучения [29]. [c.159]

Подробные сведения о последних работах в области акустической кавитации в различных ее аспектах можно почерпнуть в [43, 44]. [c.160]

Рис. 2. Спектр акустической кавитации /о — частота возбуждения ультразвукового преобразователя.

УЗО сопровождается образованием в объеме жидкой ванны слитка первичных кристаллов кремния. При этом общая доля кристаллов кремния, по-видимому, мало уменьшится при УЗО. Однако при действии акустической кавитации в объеме жидкой ванны значительно увеличивается число активных зародышей кристаллизации, Даже если считать, что в процессе первичной кристаллизации участвует только часть этих активных зародышей, становится понятным, что при УЗО расплава и одинаковом количестве первичного кремния размеры отдельных частиц при УЗО будут существенно отличаться от размеров кристаллов кремния, образующихся без УЗО. [c.470]

Таким образом, особенности влияния акустической кавитации на первичную кристаллизацию интер-металлидов и других избыточных фаз [c.470]

Применение технологии УЗО в производстве сплавов позволяет расширить пределы модифицирования цирконием и титаном без образования включений первичных интерметаллидов (табл. 9). При высоком содержании модификаторов зародышевого действия в том случае, когда образующиеся интерметаллидные фазы возникают и растут в поле акустической кавитации, их размеры и форма существенно отличаются от интерметаллидов, кристаллизующихся без воздействия ультразвука. Применение УЗО ведет к формированию большого числа дисперсных интерметаллидов компактной формы вместо вытянутых кристаллов при литье слитков без УЗО. [c.471]

Специфика работы излучателя ультразвука в расплаве такова, что при длительном взаимодействии его материала с жидким алюминием и его сплавами в поле акустической кавитации могут проходить одновременно следующие физико-химические процессы растворение материала излучателя в жидком металле диффузия жидкого металла в материал излучателя кавитационное (эрозионное) разрушение поверхности излучателя. [c.481]

Иис. I. Структурная схема ФЭ акустической кавитации [c.118]

Акустическая кавитация — образование в жидкости пульсирующих пузырьков (полостей) при прохождении звуковой волны большой интенсивности. [c.118]

Давление при контакте Акустическая кавитация [c.186]

Специально создавая кавитацию для совершения полезной работы (очистка деталей, диспергирование жидкостей и твердых веществ и т. д.), необходимо уметь управлять происходящими кавитационными процессами. Неудивительно поэтому, что в последнее время изучение кавитации и вызываемых ею эффектов привлекает все большее количество исследователей. Об этом свидетельствует непрерывно возрастающее число публикаций как в периодической литературе, так и в виде отдельных изданий. Накопившийся большой теоретический и экспериментальный материал привел к появлению за последние три года нескольких обзорных работ (например, [1—4]), посвященных акустической кавитации. [c.169]

Однако, как следует из 1 и 2 этой главы, захлопывание пузырька происходит в промежутке между концом отрицательного полупериода, когда Ра еще отрицательно, и началом положительного полупериода, когда Ра мало. Поэтому для случая периодической акустической кавитации выражение (15) можно с некоторым приближением записать в виде [c.193]

Имея в виду (23), (16), (18) и (20), получим среднюю скорость захлопывания пузырька при акустической кавитации [c.195]

Последние 14 лет жизни Л. Д. Розенберг посвятил проблемам физики ультразвука и сделал в этой области исключительно много. С именем Лазаря Давыдовича связано становление и развитие в нашей стране школы ультразвука, получившей широкое признание во всем мире. Под его научным руководством в возглавляемом им отделе ультразвука Акустического института АН СССР проводились исследования физических основ промышленного применения ультразвука. Его работы в области акустической кавитации заложили научную основу для развития промышленного метода. Работы по исследованию процесса ультразвукового резания, начатые по инициативе Л. Д. Розенберга и при его непосредственном участии,, привели к значительному повышению эффективности этого метода и созданию нового высокопроизводительного, ультразвукового оборудования. [c.3]

В зависимости от способа создания ультразвуковых волн кавитация разделяется на акустическую и гидравлическую. Для создания гидравлической кавитации в лаборатории были созданы два типа гомогенизаторов — трубчатый преобразователь и гидродинамический вихревой яре-образователь. Условия проведения эксперимента с гомогенизаторами были аналогичны условиям эксперимента с акустической кавитацией, т.е. масло, предварительно подверженное температурному воздействию, циркулировало с кратностью/г = 100 ч" ир, = 0,13 МПа (гдеР1 - давление на входе в гомогенизатор) в течение 72 ч. Отработавшее масло подано на экспертизу, и результаты аналогичны предыдущим. [c.100]

Во всех этих экспериментах используются различные критерии начала кавитации. Одним из них может служить расширение кавитирующей жидкости вследствие образования в ней больших парогазовых пузырьков [53]. В ряде экспериментов в качестве критерия начала кавитации использовался кавитационный шум , возникающий при захлопывании кавитационных полостей [54]. Критерием начала кавитации могут служить также сонояюминесцен1 ия (свечение жидкости при акустической кавитации), кавитационная эрозия твердых тел и другие явления, сопровождающие ультразвуковую кавитацию [48]. Однако эти явления возникают или достигают заметного развития при разных стадиях кавитационного процесса, и поэтому количественные данные о кавитационных порогах, о ределяемые различными методами, существенно отличаются друг от друга, чему способствуют еще и разные состояния исследуемых жидкостей. Тем не менее, основные выводы о кавитационной прочности и влияющих на нее факторах, а также те основые закономерности, которые вытекают из приведенного рассмотрения, качественно подтверждаются экспериментом. [c.129]

При возбуждении акустической кавитации часто наблюдаются вспышки люминесценции. В прошлом время от времени появлялись сообщения о люминесценции, сопровождающей гидродинамическую кавитацию однако в большинстве случаев они оставались неподтвержденными до 1964 г., когда Ярмен [22] зарегистрировал люминесцентное свечение кавитационного потока в трубке Вентури. Ярмен сообщал, что это свечение было примерно в 500 раз слабее, чем наблюдаемые им вспышки, которые возникали под действием звука [20]. В 1966 г. Петерсон [36а] сообщил о световом излучении при гидродинамической кавитации. Поскольку вначале рассматриваемое явление связывалось с акустической кавитацией, оно получило название сонолюминесценции. [c.180]

ПОЛОСТЬ, пе содержащая газа, легко может захлопнуться, и тогда центр прекратит свое существование. Хорошими стабилизаторами центров кипенияявляютсятрещины, конические впадины на стенке, особенно, если эти дефекты плохо смачиваются жидкостью [153—156] ). Вестуотер [158] наблюдал в микроскоп кипение воды на поверхности меди. Некоторые трещины размером около 10 лк непрерывно выделяли пузырьки в течение недели. Объемное кипение может инициироваться маленькими твердыми частицами с поверхностными дефектами и адсорбированным газом. Центры такого происхождения проявляются при акустической кавитации в жидкостях. [c.170]

Истинная акустическая кавитация имеет другую природу. Блейк ) исследовал ее зависимость от температуры и давления для дегазированной воды. Он показал, что существуют также важные гистерезисные эффекты, имеющие масштаб времени порядка минут и вызывающие в некоторых жидкостях также и эффекты вязкости. В его опытах порог кавитации для звукового луча с частотой 60 кгц соответствовал максимальным напряжениям порядка нескольких атмосфер. Однако в его опытах, как и в опытах других исследователей ), определение пиковых напряжений производилось без учета влияния прилипа(1ия [c.407]

Мощное звуковое поле в жидкости порождает маленькие паро газовые пузырьки, которые под действием этого поля могут расти захлопываться и вызывать такие эффекты, как химические реакции, эрозия, звуколюминесценция и излучение звука (шума) в широкой полосе частот. Эти эффекты характеризуют физическое явление, называемое акустической кавитацией. Гидродинамическая кавитация, или образование и захлопывание парогазовых пузырьков (полостей), или образование разрывов в жидкости в местах локального понижения давления при обтекании тел, течений в трубах, в кильватерной струе и т. д., отличается только способом возбуждения и имеет много общего с явлением акустической кавитации. [c.138]

В общих чертах акустическую кавитацию можно представить себе следующим образом. В фазе разрежения звуковой волны на имеющихся в жидкости микропузырьках образуется разрыв в виде полости, которая заполняется насыщенным паром и диффундирующим в нее растворенным газом. В фазе сжатия пар конденсируется, а имеющийся в полости газ подвергается сильному адиабатическому сжатию. В момент захлопывания давление и температура газа достигают больших значений, что порождает в близкой окрестности пузырька импульс высокого давления. Акустическая кавитация представляет собой эффективный механизм концентрации энергии. При кавитации относительно низкая средняя плотность энергии [c.138]

Акустическая кавитация и распространение звука в пузырьковой (и вообще гетерофазной) среде представляет собой большую и сложную область исследований, имеющую существенное прикладное значение. В этой главе будут затронуты только основные аспекты акустической кавитации динамика газовых и паровых пузырьков, кавитационная область, кавитационая прочность жидкостей, явления, сопровождающие кавитацию, а также ряд вопросов распространения акустических волн в жидкости с пузырьками. [c.139]

В то же время развитие в жидкости акустической кавитации способствует преодолению капиллярных ограничений благодаря звукокапиллярному эффекту [12]. Поэтому использование ультразвука для осуществления тонкого фильтрования через многослойные сетчатые фильтры можно представить как самостоятельный процесс очистки расплава от твердых включений в сочетании с процессом ультра- [c.456]

Важным отличием процесса непре-рьгоного литья с воздействием на расплав акустической кавитации является также возможность введения в марочный состав сплавов дополнительных легируюш их компонентов, образующих изолированные кристаллы интерметаллических соединений. [c.469]

Технология УЗО кристаллизующегося расплава с формированием в отливке (слитке) измельченного недендритного зерна — основное направление в металлургии легких сплавов. Использование акустической кавитации как средства вовлечения в работу затвердевания потенциальных зародышей кристаллизации в виде несмачи-ваемых твердых примесей и модификаторов и изменение градиента температуры в жидком металле перед фронтом кристаллизации обеспечивает в большинстве промышленных легких сплавов с модификаторами зародышевого действия получение предельной степени измельчения литого зерна. [c.488]

Выражение (24) не учитывает, во-первых, энергию сжатия парогазовой смеси, всегда имеющейся в реальном пузырьке, и, во-вторых, действие звукового давления, которое имеет место при акустической кавитации. Последнее обстоятельство тем более кажется обоснованным, что время га-хлопывания, найденное из эмпирической формулы [c.194]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...