Кавитационная прочность жидкости

Кавитационная прочность жидкости [c.125]

В зону обработки через сопло 3 непрерывно подается суспензия, которая предназначена для удаления разрушенного материала, подачи свежего абразива и создания гидравлических ударов. При прохождении ультразвуковых волн в жидкости возникают напряжения растяжения, величина которых превышает кавитационную прочность жидкости. Также возникает большое количество кавитационных пузырьков, заполненных воздухом, сжатие которых или их захлопывание приводит к гидравлическим ударам местного действия, разрушающим твердые и хрупкие материалы. Зерна абразивных порошков, находящихся в суспензии, под действием гидравлических ударов получают огромные ускорения, ударяются с громадной силой об обрабатываемую поверхность и вызы- [c.223]

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]

Ч определяющее кавитационную прочность жидкости. [c.449]

Согласно кинетической теории жидкости очень чистые вещества в жид-. ком состоянии должны разрываться При очень высоких напряжениях растяжения, достигающих десятков мегапаскалей. Однако реальная прочность Жидкостей при знакопеременном нагружении существенно ниже расчетной. Это связано с тем, что согласно современным представлениям о кавитационной прочности жидкостей разрыв ее при воздействии растягивающих напряжений происходит в местах появления зародышей новой фазы. Поскольку кавитационная прочность [c.449]

Растворимые в жидкости примеси лишь косвенно влияют на процесс разрыва жидкости, изменяя коэффициент ее поверхностного натяжения. Так, введение магния в сплавы типа твердых растворов (например, в сплавы системы А1—Мд) или добавок поверхностно-активных примесей (таких, как натрий и висмут) в расплав алюминия приводит к снижению поверхностного натяжения металла не более чем на 30%. Следовательно, кавитационную прочность жидкости обеспечивают нерастворимые примеси, которые могут существовать в ней во всех трех агрегатных состояниях. По-видимому, нерастворимые жидкие примеси вряд ли могут существенно снизить прочность жидкости вследствие того, что молекулярные силы сцепления основной жидкости и примеси значительны. Это справедливо и в отношении твердых примесей, поверхность которых хорошо смачивается исследуемой жидкостью. [c.449]

Таким образом, величина кавитационной прочности жидкости будет определяться наибольшим зародышем из всех присутствующ их в исследуемом объеме жидкости (если / о [c.179]

IV, гл. 2, стр. 149), объем и газосодержание которых больше, чем у зародышей. Из-за наличия акустических течений, вызывающих интенсивное перемешивание, эти равновесные пузырьки выносятся наружу, к границе кавитационной области, и несколько понижают кавитационную прочность жидкости. На рис. 10 показано распределение давления внутри этой же кавитационной области [8] при различных напряжениях на концентраторе. Если при напряжении ниже порогового U = 0,7 кв) отчетливо видна дифракционная структура пятна, то выше порога кавитации вся картина смазывается и распределение давления внутри области оказывается практически равномерным. Аналогичный вид имеют кривые распределения давления внутри кавитационной области, изображенные на рис. 13 части V (стр. 187). [c.232]

Таким образом, жидкость, находящаяся в боковом зазоре, совершает колебательное движение. Скорость этого движения зависит от амплитуды колебаний, величины внешнего атмосферного давления, вязкости и кавитационной прочности жидкости, а также от глубины обработки. По мере углубления инструмента среднее разрежение в рабочем зазоре увеличивается от нуля до некоторого значения [26]. Отсутствие разрежения в начале процесса свидетельствует о заполнении рабочего зазора суспензией Как было установлено в работе [19], нри некоторой глубине обработка разрежение достигает постоянного значения (рис. 38). Абсолютная величина предельного разрежения зависит от амплитуды колебаний, но всегда меньше атмосферного давления. При углублении отверстия, по-видимому,, возрастает инерционное сопротивление жидкости в боковом зазоре, вследствие чего заполнение объема уменьшается, а разрежение увеличивается. [c.50]

Наблюдаемая зависимость от температуры объясняется следующим образом. Как уже указывалось, максимальная скорость потока зависит от кавитационной прочности жидкости. Чем ниже кавитационная прочность, тем меньше скорость потока. Известно (см., например, [63]), что кавитационная прочность жидкости сильно падает с ростом температуры. Таким образом, уменьшение скорости потока приводит к уменьшению скорости смены абразива по мере повышения температуры, поскольку уменьшается коэффициент пропорциональности в уравнении (46), а изменение размера зерен абразива и связанное с этим относительное уменьшение скорости обработки определяются изменением скорости смены абразива. Итак, скорость обработки существенно зависит от скорости смены абразива. Как уже отмечалось, один из существенных недостатков ультразвуковой обработки заключается в уменьшении производительности по мере углубления инструмента. В соответствии с изложенной гипотезой, скорость смены частиц абразива уменьшается обратно пропорционально глубине отверстия. Так как процесс обработки связан с непрерывным дроблением крупных частиц абразива, с уменьшением скорости смены абразива размер их, а следовательно, и скорость обработки будут уменьшаться. При большей силе прижима увеличивается скорость дробления, а скорость смены абразива остается неизменной. И в этом случае наблюдается более значительное изменение скорости обработки по мере углубления инструмента. Чтобы повысить производительность, необходимо было решить проблему надежного обмена суспензии абразива в зоне обработки. [c.53]

Верхний предел по Ра, выше которого эрозионная активность падает, зависит также от физических свойств жидкости и будет тем ниже, чем меньше кавитационная прочность жидкости. [c.188]

Изменение свойств жидкости и параметров звукового поля в направлении, снижающем кавитационную прочность жидкости, а следовательно, способствующем повышению эрозии за счет роста числа кавитационных пузырьков (уменьшение л, а, / и повышение Ра), приводит к снижению эрозионной активности единичного пузырька. [c.197]

Содержание свободного газа в жидкости обычно составляет малую часть (10 —10 ) от общего газосодержания, однако даже столь малое количество свободного газа может заметно влиять на ход различных технологических процессов, связанных с излучением в жидкость мощного ультразвука и последующим возникновением кавитационных явлений. Известно что кавитационная прочность жидкости едва ли не в первую очередь определяется содержанием в ней газовых пузырьков. Воздействуя тем или иным способом на количество и размеры пузырьков, можно не только существенно изменять кавитационные свойства жидкости, но и влиять на характер и интенсивность различных процессов, сопутствующих кавитации. Так, уменьшение содержания в жидкости свободного газа позволяет значительно повысить эффективность кавитационной эрозии. Известно, что при замыкании кавитационных каверн образуются ударные волны, вызывающие разрушение материала скорость смыкания стенок каверн, а следовательно, и давления, образуемые при сжатии, зависят от количества газа внутри каверны. Таким образом, вопрос об интенсивности кавитационного разрушения материала связан с характеристиками ядер, из которых образуются кавитационные каверны, и прежде всего — с количеством газа в них. Повышая гидростатическое давление в жидкости, удается уменьшить содержание в ней свободного газа и увеличить интенсивность ударных волн на несколько порядков по сравнению с обычными условиями (см. например [1, 2], а также часть П1 настоящей книги и часть V второй книги). [c.395]

Это явление возможного вскипания жидкости при снижении давления до значений кавитационной прочности жидкости качественно может быть описано введением аномально сильной сжимаемости по сравнению со сжимаемостью жидкости в исходном состоянии при низких давлениях. А это количественно может быть учтено с помощью уравнения состояния жидкости при предположении, что значение скорости звука сильно снижается при низких давлениях. [c.142]

Кавитационная прочность жидкости связана с присутствием в ней газовых зародышей и примесей твердых веществ. Известно, что прочность жидкости возрастает при дегазации качественные опыты показывают, что вода, подвергнутая давлению в 1000 аг, становится более прочной (точка кипения при этом повышается более чем на 100° [21, 22]). Эти и другие факты говорят о том, что причиной понижения прочности реальных жидкостей являются главным образом газосодержащие стабильные зародыши. [c.15]

Разрывная прочность и кавитация жидкостей. При расчетах гидросистем допускают, что жидкости разрываются при давлениях, равных или близких давлению насыщенных паров при данной температуре. Однако реальные жидкости разрываются при более высоких давлениях, причем прочность жидкости или критическое давление, соответствующее ее разрыву, не стабильно, а зависит от наличия в ней пузырьков нерастворенного воздуха и твердых включений, на поверхности которых образуются слабые точки, служащие ядрами разрывных (кавитационных) полостей. Разрывная прочность зависит также от наличия в жидкости воздуха в растворенном состоянии. Последнее обусловлено тем, что при уменьшении давления ниже величины, при которой произошло насыщение жидкости газом, часть его выделится из раствора в виде пузырьков, снижая тем самым разрывную прочность жидкости. [c.44]

Различные жидкости обладают различной кавитационной прочностью, которая не поддается точному расчету, так как в значительной мере зависит от содержания в жидкости газа и концентрации в ней инородных частиц. [c.97]

В монографии численно и аналитически изучено распространение волн различной физико-механической природы (тепловых, вязкоупругопластических, разрушения, гидроударов) в элементах конструкций, выполненных из однослойных и многослойных материалов с твердым или жидким заполнителем. Рассмотрены нестационарные и периодические волны. Приведены результаты численного решения широкого круга одномерных, двумерных и трехмерных динамических задач для тел вращения. Показано существенное влияние возникновения пузырьковой кавитации на динамическую прочность оболочек с жидким заполнением. На примерах резонансных, кавитационных колебаний жидкости в топливоподающих магистралях изучены периодические гидроудары. [c.255]

Установлено, что с увеличением степени чистоты воды возрастает ее сопротивление разрыву. Объемная прочность жидкостей, не подвергавшихся необходимой очистке от газов и поверхностноактивных веществ, равна упругости их паров. При кавитационной эрозии соотношение между внешним давлением и упругостью пара рп имеет решающее значение кавитация возникает в случае, когда разность давлений —Рп достаточно велика. [c.28]

Таким образом, влияние газонасыщенности воды на развитие кавитационной эрозии металлов, несомненно, связано с химической активностью газов и коррозионной стойкостью испытуемого материала. Однако наиболее существенным является вопрос изменения механических свойств самой жидкости например, известно, что с увеличением газонасыщенности уменьшается объемная прочность жидкости. [c.82]

Присутствие неконденсированного пара, возможность существования которого будет показана ниже, приводит к аналогичным результатам. На практике жидкости почти никогда не бывают чистыми, а содержат газ. Следовательно, можно сделать вывод, что нерастворенный газ является основной примесью, снижающей прочность жидкости на разрыв от ее высоких расчетных значений до низких эффективных значений, получаемых при измерениях в кавитационных течениях. Исключением могут быть некоторые экзотические жидкости, как жидкие металлы высокой чистоты, или криогенные жидкости, в которых предельную прочность на разрыв могут определять паровые пузырьки или дыры внутри жидкости. [c.85]

Первая попытка предотвращения такой трудности состояла в деаэрации жидкости. Этот метод широко использовался во многих гидродинамических трубах и на некоторых стендах для испытания гидравлических машин. Однако по мере накопления знаний о природе кавитации стало очевидным, что удаление растворенного и находящегося в свободном состоянии газа создает искусственные условия для кавитационных испытаний. Если, например, удаление газа существенно увеличивает эффективную прочность жидкости на разрыв, то можно ожидать, что лабораторные испытания дадут лучшую, т. е. более далекую от возникновения кавитации характеристику, чем у натурных машин. Такое расхождение менее допустимо, чем отклонение в противоположную сторону, поскольку оно приводит к отрицательному коэффициенту надежности экспериментальных результатов. Попытка разрешения этой экспериментальной проблемы путем установки абсорбера в контур трубы была сделана во время реконструкции гидродинамической трубы Калифорнийского технологического института в 1947 г. [24]. Это устройство предназначено для растворения воздуха и других газов с такой же скоростью, с какой они выделяются из раствора, что позволяет поддерживать нормальное количество растворенного газа и устойчивых ядер кавитации без накопления свободных пузырьков. [c.574]

Помимо оценки стабильности жидкости в заданных условиях иопытания с помощью этой установки можно определять значения электрических показателей жидких диэлектриков (электрическая прочность и др.) при различных скоростях движения, а также взаимное влияние материалов и жидкости, отрабатывать конструкцию тех или иных элементов системы циркуляции, изучать вопросы кавитационного воздействия жидкости на работу насоса и т. д. [c.99]

Если в жидкости существуют электрически заряженные пузырьки, то наличие электрического поля в жидкости должно привести к движению этих пузырьков вдоль направления поля. При длительном наложении постоянного электрического поля пузырьки — зародыши кавитации — покинут локальную область между электродами, создающими поле, и сосредоточатся у самих электродов, в результате чего эта область жидкости будет обладать повышенной кавитационной прочностью. [c.173]

Из кривых 1 ж2 следует, что малая разница (—10%) в величинах кавитационной прочности, полученных без учета и с учетом инерции воды, окружающей пузырек, позволяет пренебречь последней, если в воде отсутствуют пузырьки с радиусом > 10 см (например, в случав отстоявшейся воды). Если же в жидкости присутствуют зародыши большого радиуса ( >10 см), то необходимо учитывать инерцию жидкости, окружающей пузырек, поскольку в этом случае расчетная прочность воды оказывается существенно ниже, чем без учета инерции, что больше отвечает действительности, так как известно, что морская или свежая водопроводная вода, в которой присутствуют пузырьки указанного большого радиуса, имеет кавитационную прочность ниже 1 атм (см. рис. 1). [c.177]

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]

Наибольшее число экспериментальных количественных оценок кавитационной прочности жидкостей проведено на воде и ее растворах. Это связано с относительной простотой постановки эксперимента в неагрессивной низкотемпературной среде. Изучение кавитации в жидком металле (особенно в расплаве алюминия и его сплавов, который реагирует практически со всеми известными хматериа-лами и растворяет их) обусловило серьезные затруднения, связанные как с методикой введения ультразвука в расплав, так и с методикой контроля условий возникновения и развития кавитации. [c.450]

Вт/см и зависит от кавитационной прочности жидкости, состояния поверхности твердой фазы, от хярактера [c.170]

Мпнпмальную величину отрицательного звукового давления, при котором в жидкости образуется полость, быстро захлопывающаяся в положительный полупериод я вызывающая известные кавитационные эффекты, будем называть кавитационной прочностью жидкости, [c.170]

При напрян ении на излучателе, значительно превосходящем пороговое, число зародышей, способных стать центрами кавитации, возрастает настолько, что они присутствуют в области распыления постоянно, в результате чего временные промежутки между отдельными нарушениями кавитационной прочности жидкости стираются и процессы кавитации и выделения аэрозо.ля протекают непрерывно. В режиме большой мощности аэрозоль выбрасывается не одновременно со всей поверхности струи, а из отдельных многочисленных ее участков (см. 1 гл. 3), поэтому распыление в данном случае вызывается сравнительно небольшими кавитационными областями, расположение которых непрерывно изменяется в пределах области распыления. Кавитационно-волновая гипотеза объясняет также существование порога распыления и зависимость его от различных физических условий проведения эксперимента, импульсный характер образования аэрозоля при напрянхении, незначительно превышающем пороговое, и другие особенности распыления жидкости в фонтане [26, 35]. [c.379]

Влияние статического давления исследовали, в частности, Гарвей [31], Кнепп [32] и Страсберг [16, 33]. Гарвей, а позднее Кнепп проводили сравнительные измерения кавитационной прочности обычной воды и воды, предварительно обработанной высоким давлением. Предполагалось, что под действием высокого давления часть пузырьков должна была раствориться, а прочность жидкости возрасти. Характер полученных авторами зависимостей позволяет заключить, что обработка воды давлением 35— 50 атм уже существенно повышает кавитационную прочность жидкости. Свойство выдерживать значительные растягивающие напряжения, которое она приобретает после обработки ее высоким давлением, оказывается очень стойким и сохраняется до 20 дней после снятия высокого давления. [c.410]

Известно, что кавитационная прочность жидкости при ее обезгажи-вании возрастает. Одним из методов обезгаживания жидкости является вакуумирование. Эффект кавитации при вакуумировании должен снижаться. [c.438]

Кавитационные явления в жидкости способствуют интеисив-ному перемешиванию абразивных зерен под инструментом, попаданию свежего абразива в зону обработки, а также удалению разрушенных зерен абраз,ива. Кавитация возникает в ультразву-ково.м поле в тот момент, когда растяжения превышают кавитационную прочность жидкости, и в результате создается большое количество пор, заполненных воздухом. Процесс захлопывания пузырьков сопровождается образованием ударной волны, которая и приводит к взмучиванию суспензии и ее перемешиванию. [c.90]

Как видно, уже при глубине модуляции S JSo=0,5 амплитуда переменного давления на стороне рупора составляет величину, близкую полной разности давлений между резервуаром и средой. Бели эта амплитуда будет больше Рго, то в жидкости появятся растягивающие усилия, которые могут превысить предел прочности жидкости, и наступит кавитация—выделение газовых пузырей во время отрицательных фаз давления и захлопывание их во время положительных фаз давления, вызывая кавитационную эрозию частей модулятора. Таким образом, гидродинамическая сирена должна работать только при таких давлениях в резервуаре, при которых в отрицательной фазе переменной составляющей давления в модуляторе полное давление остается выше порогового, соответствующего началу кавитации. Если активная часть сопротивления невелика, т. е. osijj мал, то, несмотря на большие давления в модуляторе, излученная мощность может оказаться небольшой. [c.214]

Все эти выводы подтверждаются соответствующими экспериментами. Хорошо известно, что с увеличением частоты ультразвука порог кавитации резко повышается, и при частотах выше 10 МГц кавитацию удается возбудить только в фокальном пятне концентрирующих излучателей, где амплитуда давлений может достигать сотен и тысяч атмосфер [51]. Порог кавитации возрастает с увеличением статического давления в жидкости Р . о объясняется уменьшением размеров содержащихся в ней зародышей и увеличением плотности газа в них. Напротив, уменьшение статического давления приводит к понижению порога кавитации, так же как и повышение температуры жидкости. Дегазация жидкости тоже спссобствует увеличению ее кавитационной прочности. Имеются опытные данные по изменению кавитационной прочности в электрическом поле, влияющем на условия адсорбции гидрофобных ионов на поверхности пузырька, и по уменьшению кавитационного порога в воде при растворении в ней солей, вызывающих отрицательную гидратацию [52]. [c.129]

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]

В гл. 1,2 приводятся первоначальные сведения о кавитации и методах ее изучения, а также классифицируются основные типы кавитационных течений. В гл. 3 систематически излагаются результаты исследований условий возникновения кавитации и связанные с ними вопросы о прочности жидкости на разрыв, гипотезы о природе ядер кавитации, их равновесии и устойчивости. В гл. 4, 5 рассматривается механика нестационарных каверн, т. е. вопросы роста и схлопывания пузырьков, образующихся из кавитационных ядер, и развитых кавитационных течений, в том числе следов и суперкаверн. Очень важно, что изложение экспериментального материала, как правило, сопро- [c.6]

При распространении в жидкости ультразвуковых колебаний возникают местные, расположенные вдоль ультразвуковой волны, области разряжения и сжатия. Обязательным условием для возникновения кавитации является существование в жидкости зародышевых микропузырьков, наполненных газом или паром. Такие микропузырьки всегда присутствуют в жидкости вследствие тепловых флюктуаций. Их растворение в жидкости замедлено, потому что на поверхности раздела двух сред — газа или пара в пузырьке и окружающей жидкости — образуется монослой из адсорбированных органических молекул загрязнений или микрофлоры. Монослой образует оболочку, препятствующую диффузии газа или пара из пузырька в окружающую жидкость. Кавитационный пузырек вырастает из зародышевого микропузырька под воздействием разряжения в отрицательный полупериод волны давления ультразвуковых колебаний. Это происходит в том случае, если величина отрицательного давления превышает порог прочности жидкости. С увеличением вязкости прочность жидкости увеличивается и кавитация затрудняется. [c.14]

Либерман [20] и Сетте [21], который в дальнейшем продолжил свою работу уже с группой сотрудников [8, 22, 23], экспериментально обнаружили, что уменьшение количества частиц высокой энергии, проникших в сосуд с жидкостью (это было осуществлено экранированием сосуда свинцом), повышает ее кавитационную прочность. Снятие же экрана или искусственное облучение жидкости, находящейся в экранированном сосуде, частицами высоких энергий (например, потоком нейтронов) понижает ее кавитационную прочность. Авторы этих работ показали, что микропузырьки, образованные частицами высоких энергий, действительно являются зародышами кавитации. [c.172]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...