Радиус кавитационной полости

Рис. 10. Зависимость к от начального радиуса кавитационной полости

Рис. 21. Изменение радиуса кавитационной полости во времени при постоянном Р =10 н/м и /=2 -10 сек

Используя соотношения (32) и (33), получим окончательную формулу для определения величины максимального радиуса кавитационной полости в звуковом поле [c.209]

Пусть расстояние, образующееся между двумя слоями жидкости в момент разрыва, г— радиус кавитационной полости, N—число ионов, с зарядами е в единице объема жидкости. Тогда, согласно Френкелю, напряженность электрического поля в кавитационной полости [c.511]

Наличие кавитационных полостей, обладаюш их большей по сравнению с жидкостью сжимаемостью, иногда вызывает падение среднего волнового сопротивления среды, в результате чего заметно падает (при той же амплитуде колебаний поверхности излучателя) отдаваемая излучателем в среду мош ность [1]. Чтобы поддержать постоянство излучаемой мош ности, нужно суш ественно увеличить амплитуду колебаний излучателя, а это как раз и ограничивается усталостно-прочностными свойствами материала. Однако даже при, реализации этого требования интенсивность в рабочей зоне, находяш ейся на некотором расстоянии от поверхности излучателя, будет всегда меньше, чем вблизи излучателя. Наконец, сама излучающая поверхность неизбежно подвергается кавитационной эрозии. От всех этих недостатков свободны системы, основанные на фокусировании ультразвуковых волн [2]. В таких системах интенсивность нарастает по мере приближения от излучающей поверхности к фокальной области по закону 1/г для цилиндрической и 1/г для сферической фокусировки. Поэтому появляется возможность создать требуемую интенсивность звука внутри строго локализованной цилиндрической или сферической области произвольного радиуса при существенно меньшей интенсивности, снимаемой с излучающей поверхности. При этом излучатель работает в нормальном, не форсированном режиме и не требует искусственного охлаждения отсутствует и кавитация у поверхности, отбирающая на свое образование часть звуковой энергии и разрушающая поверхность излучателя. [c.151]

Рассмотренная модель, однако, не учитывает ряда факторов, имеющих место в реальной ситуации. К ним нужно отнести поверхностное натяжение, создающее добавочное сжимающее давление, переменный характер давления в акустической волне, сжимаемость реальной жидкости и, наконец, наличие в зародыше некоторого количества газа, который будет демпфировать процесс захлопывания. Что касается сил поверхностного натяжения, то простой расчет показывает, что они сказываются в действующем давлении Р только на последней стадии захлопывания, когда радиус полости становится очень маленьким. Под действующим давлением при ультразвуковой кавитации следует понимать гидростатическое давление Ро плюс давление в акустической волне. В качестве последнего естественно принять амплитудное значение р ах- Правда, более детальный анализ динамики кавитационной полости в акустическом поле показывает, что процесс захлопывания иногда начинается на промежуточной стадии фазы сжатия, а сравнение результатов теоретического анализа с обычными данными дает наилучшее согласие при учете среднего за полупериод давления (2/я) р лх-Таким образом, в формулах (VI.8)—(VI. 10) можно положить Р -- Ро (2/я) Ртах- [c.131]

Это уравнение описывает пульсации сферической кавитационной полости при давлении на ее стенки Р (Я) и давлении вдали от полости Р (оо). Кавитационную полость мы будем считать заполненной газом с парциальным давлением Р и паром, давление которого будем по-прежнему считать неизменным, полагая, что конденсация и испарение успевают следовать за изменением объема полости. Давление газа в общем случае будем считать изменяющимся по политропическому закон V Р = Р (Яо/Я)"" со значением 1 я Ср/Су. Начальное равновесное давление газа Р о в стабильном пузырьке радиусом Ро есть Р,о = Ро — Р + 2а/Ро, где Ро — гидростатическое давление. Таким образом, [c.135]

Эрозионная активность звукового поля существенно возрастает при добавлении в жидкость мелких абразивных зерен, радиус которых соизмерим с радиусом действия ударной волны, возникающей при захлопывании кавитационной полости. Ультразвуковое снятие заусенцев с мелких деталей (см. рис. [c.340]

Результаты расчетов зависимости плои ади Р от радиуса шнека для различных значений входного давления показывают (рис. 6.5), что объем кавитационной полости можно вычислить по следуюш ей приближенной формуле [83] [c.176]

Рассмотрим одиночную кавитационную полость радиуса В, где В = В (1), совершающую пульсации в идеальной несжимаемой жидкости. Тогда для давления р и скорости и в жидкости в точке пространства г, где г В, в момент времени справедливы уравнение движения [c.132]

Рассмотрим кавитационную полость, наполненную газом и паром. Изменение давления газа в полости связано с изменением радиуса/ как [c.133]

Рассмотрим пульсации кавитационной полости радиуса Д. Подставляя (30) в (31), получим [c.137]

Эта формула отличается от классической формулы Рэлея (11) для захлопывания паровой кавитационной полости максимального радиуса в [c.146]

На рис. 8 на примере конкретных расчетов подтверждается правомочность предложенной выше формулы (62) для оценки скорости захлопывания кавитационной полости максимального радиуса в поле ультразвуковой волны. Здесь показана зависимость абсолютной величины М (т. е. [c.146]

Как указывалось выше, рассмотрение сферических волн конечной амплитуды, излучаемых кавитационной полостью, сводится к определению функции С (7 , н) на поверхности полости радиуса 7 и к вычислению времени прихода волны в исследуемую точку с координатой г по формуле (33). Из (30) и (32) следует [c.153]

Полученные соотношения позволяют рассчитать сферические волны конечной амплитуды, излучаемые при захлопывании кавитационной полости. Рассмотрим возникающие при этом особенности на примере конкретного частного случая. Пусть в поле ультразвуковой волны частоты 500 кгц и давления = 5,0 атм пульсирует газовый пузырек равновесного начального радиуса = 10" см. [c.154]

На фиг. 13, б сплошной линией представлено значение G(i , на поверхности кавитационной полости радиуса Л, вычисленное по формулам (39) и (65). Как следует из рис. 13, при захлопывании кавитационной полости значение С (Л, д) катастрофически возрастает. Это связано с тем, что в конечной стадии захлопывания давление газа в полости достигает очень больших величин, а функция С, согласно (39) и (65), связана с давлением зависимостью, близкой к линейной. [c.154]

Большой практический интерес представляет исследование влияния на захлопывание кавитационных полостей величины их начальных равновесных размеров. В таблице представлены результаты, полученные на основании численных решений уравнения Кирквуда — Бете для случая пульсации при одной и той же амплитуде давления ультразвукового поля Рщ = 10 атж, частота 500 кгг/) кавитационных пузырьков трех начальных равновесных радиусов равных 10" , 5-10 и 10 см. [c.156]

Захлопывание кавитационных полостей с различными равновесными начальными радиусами [c.156]

На рис. 5 кривой 1 показана величина Рк, соответствующая порогу возникновения кавитации в воде на зародыше радиуса Во, вычисленная по выражению (6). Решение уравнения (7) дает кривую, практически (с точностью до ошибок построения) совпадающую с зависимостью, полученной из выражения (6). Сплошная часть кривой 1 соответствует радиусу полостей до 10" см. Такие малые размеры пузырьков затрудняют на первый взгляд теоретическое их рассмотрение. Применение макроскопических термодинамических параметров для описания системы из нескольких тысяч молекул может показаться мало обоснованным. Однако успешное развитие теории инициирования для пузырьковых камер показывает, что такое описание применимо даже для еще меньших систем [17]. Поэтому неудивительно, что расчет, произведенный для полостей радиуса меньше см, вплоть до межмолекулярного размера (пунктирная часть кривой 1), приводит приблизительно к предельной величине прочности, полученной из кинетической теории жидкости (см. 1). Кривая 1 не учитывает влияния частоты звука на порог возникновения кавитации, хотя такое влияние имеет место. Прежде всего из дифференциальных уравнений, описывающих поведение кавитационного пузырька во времени, например, [25], или других, приведенных в IV части, гл. 1, следует, что на изменение радиуса кавитационного пузырька оказывает влияние кинетическая энергия присоединенной массы жидкости. В указанных дифференциальных уравнениях эта энергия учитывается инерционными членами. Кривая 2 показывает зависимость Рк от Во с учетом присоединенной массы воды, влияющей на пульсацию пузырька. Эта кривая проведена через точки, соответствующие среднему звуковому давлению частоты 500 кгц и вызывающему возникновению кавитации на пузырьках различного радиуса. Часть этих точек (до В < 10 см) получена на основании численных [c.176]

По расчетам ряда авторов [29—31 ] при захлопывании полости давление парогазовой смеси в ней повышается до десятков тысяч атмосфер, а температура — до нескольких тысяч градусов. Вторичное расширение пузырьков происходит вследствие расширения сжатого газа и сопровождается образованием в жидкости ударной волны, радиус действия которой не превышает нескольких микрон. Существует несколько гипотез, объясняющих кавитационное разрушение твердых тел, однако возможность эрозии под действием ударной волны наиболее обоснована теоретически. Эта гипотеза получила также экспериментальное подтверждение в работе [32], где с помощью высокоскоростной киносъемки был зафиксирован процесс образования ударной волны при захлопывании единичной кавитационной полости. [c.175]

Частота колебаний. Повышение частоты колебаний приводит к уменьшению кавитационной полости при постоянном амплитудном значении звукового давления. Такой результат ясен, если учесть, что с ростом f при постоянном Ра сокращается время, в течение которого величина звукового давления превышает внешние силы, удерживающие пузырек в состоянии равновесия ( Q+2a/i д), когда он может неограниченно расширяться за счет содержащегося в нем газа. Естественно, что при этом пузырек успевает вырасти до меньших размеров, если же радиус его был близок к критическому, то он может выродиться в пульсирующий, при условии, что амплитуда звукового давления сохраняется постоянной. [c.185]

В дизельных двигателях имеет место кавитационное разрушение гильз цилиндров. Причиной этого разрушения является источник вибрации и ударных волн, распространение последних в жидкости, появление, рост и разрушение полостей. (Особенно опасны полости с большим начальным радиусом). Если принять во внимание влияние насоса как источника зарождающихся кавитационных центров в данном турбулентном режиме, то можно определить профилактические мероприятия по степени их значимости [c.27]

На рис. 4.10, а приведены фазовые, а на рис. 4.10, б — амплитудные характеристики гидроопор с различными типами дроссельных каналов. Так, вариант гидроопоры, имеющий 4 канала радиусом 1 мм и длиной 3 мм, является наиболее приемлемым и принят за базовый. При уменьшении радиуса каналов до 0,75 мм демпфирующие характеристики снижаются. Во всех этих случаях в каналах реализуется безвихревое течение, отсутствуют воздушные полости, исключаются кавитационные явления. [c.74]

Наши эксперименты по определению зависимости интенсивности ударной волны при захлопывании кавитационных пузырьков от гидростатического давления велись с дистиллированной отстоявшейся водой при температуре 23°. Эксперименты производились на фокусирующем концентраторе, представляющем собой сплошной алюминиевый шар диаметром 200 мм, оклеенный пьезоэлектрической мозаикой, в центре которого была сферическая полость радиусом --8 мм, заполняемая водой [60]. [c.214]

Дальнейшее движение образовавшегося кавитационного пузырька может быть различным [48] он может пульсировать линейно относительно своего равновесного радиуса колебаться нелинейно (стабильная полость) может, увеличившись до некоторого максимального радиуса, очень быстро сжаться яо захлопывания (неустойчивая полость). [c.24]

Это нелинейное дифференциальное уравнение известно в теории кавитации под названием уравнения Нолтинга — Непайреса [571. Оно достаточно хорошо описывает изменение радиуса кавитационной полости в поле ультразвуковой волпы с любой частотой. Лишь в последней стадии захлопывания кавитационного пузырька, когда скорость движения его стенок становится соизмеримой со скоростью звука в жидкости и требуется учет ее сжимаемости, уравнение (VI.24) становится недостаточно корректным. [c.136]

Частота колебаний f. Увеличение [ приводит к согфашению времени роста и уменьшению максимального радиуса кавитационной полости при постоянном значении амплитуды звуковою давления. Снижение радиуса кавитационных полостей способствует повышению давления парогазовой смеси в пузырьке к началу захлопывания, что должно снижать интенсивность ударных волн. Анализ, провсденпый в СССР [48], показал, что эрозионная активность пузырька линейно уменьшается с ростом f в диапазоне 20—50 кГц. По американским данным, нзмепепие частоты с 38 до 20 кГц уменьшает время очистки в водных растворах в 2 раза. Эффективность очистки на частотах ниже 20 кГц не изучена. Однако чрезмерное снижение частоты колебаний приводит к резкому возрастанию шума установок н усложняет их звукоизоляцию. Увеличение же частоты приводит к росту скорости акустических течений, способствуя удалению загрязнений, слабо связанных с очищаемой поверхностью, особенно при очистке в растворителях. Большинство промышленных установок для очистки в водных растворах работает на частотах 18—22 кГн. При очистке в растворителях наблюдается тенденция к повышению частоты до 40—80 кГц. [c.187]

Давление на поверхности твердой сферы радиуса i o при захлопываншт пустой кавитационной полости, возникшей вокруг этой сферы, дается соотношением [c.267]

При возникновении в жидкости ультразвуковой кавитации ее акустические свойства существенно изменяются. Прежде всего, наличие кавитационных пузырьков приводит к рассеянию ультразвука, которое будет рассмотрено далее. Вследствие этого энергия ультразвуковой волны будет быстро убывать в пространстве. Однако рассеяние — не единственная причина убывания энергии при кавитации значительная ее часть идет на развитие кавитационных пузырьков, т е. на работу по их расширению до максимального радиуса Rmax После захлопывания кавитационной полости эта энергия частично переходит в энергию кавитационных ударных волн, но она полностью теряется из первичной ультразвуковой волны. [c.138]

Согласно современным представлениям, кавитационные полости возникают в поле ультразвуковой волны на зародышах, всегда присутствую-ш,их в воде (или другой жидкости) в виде твердых, паровых или газовых микронеоднородностях. В течение нескольких периодов ультразвукового поля каждая развиваюп аяся из зародыша кавитационная полость насасывает вследствие направленной [1] и конвективной [2] диффузии определенное количество растворенного в воде газа, которое в дальнейшем при установившейся интенсивности поля, а также определенном газосодер-жании и температуре воды остается в среднем за период постоянным. Это количество газа соответствует стационарному пузырьку с определенным равновесным радиусом 7 о> который можно было бы зафиксировать экспериментально, если бы ультразвуковое поле внезапно исчезло, а пузырек не успел бы раствориться. В этой части мы рассматриваем движение ка-витационных полостей с определенным постоянным количеством газа, соответствуюш им стационарному газовому пузырьку радиуса 7 о, который в дальнейшем условимся называть начальным. Другими словами, диффузия газа на границе пузырька не учитывается. [c.131]

Исследуем область тех значений Р , при которых уравнение Нолтинга— Непайраса структурно неустойчиво. На рис. 7, а показана зависимость (отношения времени роста кавитационной полости к периоду ультразвуковой волны) от величины Р для пузырька начального радиуса i o — 10" см, полученная на основании численных решений, представленных на рис. 3. Внизу на рис. 7, б сплошной кривой показана зависи- [c.144]

Эрозионную активность звукового поля можно повысить, добавляя в жидкость тонкодисперсные абразивные частицы, размеры которых соизмеримы с радиусом действия ударной волны, возникающей при захлопывании кавитационной полости. В этом случае, помимо чисто кавитационного разрушения твердых тел, в звуковом поле происходит дополнительная обработка их поверхности мельчайшими абразивными частицами, находящимися во взвешенном состоянии. Перемещающиеся под действием акустических течений абразивные частицы можно рассматривать как микрорежущие инструменты, которые срезают микронеровности и деформируют поверхность обрабатываемого материала, оставляя на ней следы в виде царапин. Не исключено, что отдельные мельчайшие частицы, попадая в зону действия ударных волн, возникающих при захлопывании кави- [c.212]

Улыразвуковое снятие заусенцев [69] основано на эфф увеличения эрозионной и кавитационной активности звукового поля добавлении в жидкость мелких абразивных зерен, размер коте соизмерим с радиусом действия ударной волны, возникающей захлопывании кавитационной полости (1-100 мкм). Кроме ч [c.110]

Уравнение пульсаций кавитационного пузырька с учетом сжимаемости и вязкости жидкости получено Херрингом и Флинном [47]. При уменьшении величины начального радиуса Рп максимальное давление захлопнувшейся кавитационной полости существенно возрастает. Например, при f=500 кГц и Ро=20 кгс/см уменьшение Ро с 10 до 10 см приводит к росту Ртах ОТ 7,4-10 ДО 2,8-10 кгс/см2. Амплитуда ударных БОЛИ Зслйка вблизи кавигирующсн полос и, и различные эф- [c.25]

Согласно работе [55], интеграл, стоящий в правой части выражения (VI. 16), при значениях д = 0,02 -т- вттельно, наличие газа в кавитационном пузырьке практически не изменяет времени захлопывания, даваемого формулой Рэлея (VI. 10) для пустой полости. Таким образом, полное время захлопывания в любом случае зависит только от начального радиуса пузырька и действующего давления. Эта зависимость показана на рис. 34 для воды линиями / и 2, относящимися к разным давлениям. Там же пунктиром изображены значения периодов [c.133]

Увеличение параметра. Ло.в/ ц.т приводит к улучшению кавитационных свойств (а уменьшается), так как при увеличении радиальных размеров меридионального сечения проточной полости уменьшается средний радиус входа в рабочее колесо. Этот вывод подтвердили иснытания насосов с одинаковыми размерами меридионального сечения проточной полости и изменяющимся радиусом, иа котором проточная полость расположена. Так, для насосов с параметрами Ло.в/ ц.т 0,216 0,232 и 0,250 получено при Q/Fw = 0,5 для второго критического режима Gvii 3,0 2,4 и 1,75 соответственно. Такое значительное изменение числа кавитации v при сравнительно малом изменении Ло.в/ ц.т маловероятно и, ио-видимому, случайно. Это подтверждается большим разбросом экспериментальных точек на графиках llav fiQIFu) при Ло.в/ ц.т = 0,232 и Ло.в/ цт = 0,250. Об этом также свидетельствуют результаты иснытания насосов 1,5В-1,3 и 2М-1,6. Несмотря на то, что у этих насосов параметры Ло.в/Rn. T различны (0,152 и 0,195), кавитационные качества практически совпадают. Указанные насосы имеют консольные лопатки (см. рис. 48, ж). Величину Ло.в вычисляли по формуле Ao.B R p — Rbs, где Rep и вн-— радиус центра тяжести и внутренний радиус меридионального сечения проточной полости насоса. [c.113]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...