Скорость захлопывания кавитационной

Впервые решения уравнения (9) для простейших случаев постоянного давления на бесконечности, когда Роо = Ро Ро — гидростатическое давление), были получены Ламбом [9] и Рэлеем [10]. Полагая, что внутри полости вакуум [т. е. Р (R) = 0], из уравнения (9) легко получить для скорости захлопывания кавитационной полости выражение [c.133]

Рис. 8. Скорость захлопывания кавитационной полости

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]

Эффект кавитации не новое явление, открытое в связи с изучением ультразвука. Образование и захлопывание кавитационных пузырьков наблюдали и ранее при наличии быстро движущихся потоков жидкости, например на лопастях корабельных винтов, вращающихся с большой скоростью. Известно было также, что кавитация может приводить к значительным разрушениям поверхностей винтов. [c.27]

Эффективным методом увеличения кавитационной эрозии является повышение статического давления в жидкости. Поскольку максимальная амплитуда звука в кавитационной области, редко превышает (0,4—0,6) ро, то повышение статического давления позволяет увеличить амплитуду звука, действующего на пузырек, и, следовательно, существенно увеличить скорость захлопывания пузырьков. Повышение статического давления до 5—10 атм приводит к увеличению скорости эрозии на 2—3 порядка. [c.158]

На основании значений О по формулам (68) и (72) нетрудно вычислить изменение во времени давления р распространяющейся сферической волны в жидкости на различных расстояниях г. На рис. 14 показано давление р как функция времени в точках с координатами г, равными Ео, 10 Ео и 20 Ео, полученное для случая захлопывания кавитационной полости, представленного на рис. 13. (Начальный момент времени = О на фиг. 14 соответствует моменту полного захлопывания кавитационной полости на рис. 13.) Как следует из рис. 14, с увеличением г происходит искажение формы волны давления. Если вблизи кавитационной полости функция р t) представляет собой остроконечный импульс, подобный по форме функции Е, tR) на поверхности сферы, то уже при г = 10 i o давление р оказывается многозначной функцией t. Физически это невозможно и, как известно [28], означает образование разрыва функции р t). Когда сферическая волна задана в системе координат и (г) и — гидродинамическая скорость), положение разрыва в пространстве и амплитуда волны могут быть определены из условия равенства отсекаемых линией разрыва площадей, выражающего сохранение потоков массы, импульса и энергии на разрыве [c.154]

На рис. 3 представлена заимствованная из работы [28] кинограмма разрушения пленки канифоли при захлопывании кавитационного пузырька. Четко видно, что момент резкого сокращения размеров пузырька (рис. 3 а, б) связан с сильным разрушением прилегающей к нему части планки, в которой сначала появляются трещины (рис. 3, в), а затем с ее поверхности вырываются отдельные кусочки канифоли (рис. 3, г). Механизм образования ударной волны при захлопывании кавитационного пузырька можно представить следующим образом парогазовый пузырек с начальным радиусом Лд расширяется в начале отрицательного полупериода достаточно медленно, так как звуковое давление Ра мало. Как только звуковое давление превысит критическое Р ., пузырек потеряет устойчивость и начнет быстро расти под давлением содержащейся в нем парогазовой смеси и повышающегося Р . Резкому нарастанию скорости движения стенки пузырька препятствует присоединенная масса жидкости, увеличение которой идет пропорционально Л , тогда как сила, растягивающая пузырек за счет звукового поля, растет пропорционально Звуковое давление достигает амплитудного значения, а затем снижается до величины <Р ., однако пузырек продолжает расти по инерции весь отрицательный и некоторую часть положительного полупериода. В стадии расширения давление газа в пузырьке снижается примерно в 10 раз и внешние силы Р , действующие на стенку пузырька к началу фазы сжатия (сумма звукового Р и статического Рд давлений), во много раз превосходят противодействующее захлопыванию давление парогазовой смеси в пузырьке при В=В . При сжатии стенка пузырька начинает двигаться сначала плавно, а затем с резко возрастающей скоростью, и работа внеш- [c.174]

Как показано в работах [29, 30, 40], значения и можно определить при численном решении уравнений динамики кавитационной полости на аналоговых машинах и ЭВМ. В указанных работах установлено, что учет сжимаемости жидкости и диффузии газа в процессе роста и захлопывания кавитационной полости не позволяет определить значения так как на последней стадии захлопывания значения скорости Й и ускорения Й движения стенки пузырька достигают громадных величин, не поддающихся вычислению даже на ЭВМ. [c.183]

Интенсивность захлопывания кавитационных пузырьков и, следовательно, скорость удаления загрязнений до некоторой степени зависят от типа применяемой моющей жидкости. Как будет показано ниже, максимальная эффективность очистки достигается при оптимальных температурах растворов. Условия для максимальной кавитации могут определяться по наивысшему уровню шипения кавитирующей жидкости (из-за исчезновения кавитационных пузырьков), по появлению наибольшей кавитационной зыби на поверхности жидкости и в меньшей степени по максимальным показаниям миллиамперметра генератора. Некоторые авторы предлагают определять условия максимальной кавитации по количеству растворяемого свинца, помещенного в кавитирующую жидкость. [c.132]

Возникшие пузырьки уносятся основным потоком и расширяются до максимальных размеров. Затем при повышении давления пузырьки пара начинают уменьшаться и исчезают. Однако на этом существование пузырьков не заканчивается и, как показывает опыт, они вновь возникают и вновь исчезают. Такой периодический затухающий процесс повторяется до 4—5 раз и называется кавитационным. На рис. 9-3 приведена зависимость изменения размера пузырьков от времени процесса. Кроме отмеченной периодичности возникновения и исчезновения пузырьков, из графика также следует, что время захлопывания значительно меньше времени расширения и скорость исчезновения растет с уменьшением радиуса пузырьков. [c.241]

Снижение полного давления имеет место и в скачке, возникающем вблизи минимального сечения камеры смешения. Природа скачка на входе в диффузор до сих пор еще не исследована с необходимой полнотой. При объяснении причин образования скачка необходимо учитывать, что в двухфазном потоке с большой степенью влажности скорость звука в зависимости от частотно-структурного параметра может значительно снижаться. Особенно интенсивное уменьшение скорости звука отмечается при переходе к пузырьковой и слоистой структурам. Так как скорость двухфазного потока достигает в камере смешения больших значений, то число Маха может стать больше единицы при этом создаются условия, приводящие к образованию адиабатических скачков уплотнения. Следует учитывать, что в потоке большой влажности скачок уплотнения сопровождается конденсацией паровой фазы, частичной или полной. В пузырьковой среде в скачке могут происходить захлопывание паровых пузырьков и полная конденсация. Как показывают визуальные наблюдения за скачком в инжекторе, поток имеет однородную структуру (жидкая фаза практически лишена паровых пузырьков). Это дает основания предполагать, что рассматриваемый скачок является комплексным, сопровождающимся конденсацией, сжатием потока и исчезновением пузырьковой структуры (скачок уплотнения, совмещенный с кавитационным, конденсационным скачком). [c.269]

Интенсивность кавитационного изнашивания возрастает с повышением скорости потока жидкости. При завихрении сплошной поток жидкости разрывается из-за локального уменьшения давления и в нем образуются парогазовые полости в виде пузырей или полос размером порядка десятых долей миллиметра. За 0,002 с кавитационный пузырек может вырасти до 6 мм в диаметре и разрушиться за 0,001 с. В течение 1 с на площади в 1 см могут образоваться и разрушиться более 30 млн. таких пузырьков. Исчезновение (захлопывание) пузырьков происходит в зонах повышения давления, которое сопровождается конденсацией паров и растворением газов. Движение жидкости с большим ускорением в полость исчезающего пузырька создает гидравлические удары. Кавитационные явления вызывают вибрации работающих поверхностей. [c.23]

Из уравнения (П.И) видно, что при а О скорость а а Таким образом, в пределе теоретически пред сказываются бесконечные скорости (а, следовательно, и деления) захлопывания. Как будет показано ниже (см. гл. XV п. 6), очень высокие давления действительно возникают, и кавитационное разрушение практически связано с захлопыванием паровых каверн ). Однако обсуждение действительных условий этого явления связано с учетом большого числа физических переменных, которые нами не принимались во внимание (см. также ниже п. 3.13), и поэтому мы пока отложим рассмотрение этого вопроса. [c.308]

Кавитационное изнашивание возникает при перемещении потока жидкости относительно поверхности твердого тела в случае разрыва сплошности этой жидкости, образования каверн, заполненных газом (паром), и последующего захлопывания каверн вблизи поверхности с большой скоростью. При этом ударные волны многократно воздействуют на участок поверхности и приводят к усталостному разрушению последней. [c.141]

Нелинейные пульсации пузырька приводят также к различным физико-химическим явлениям. Одно из них — кавитационная эрозия. Она возникает вследствие различных механизмов. Первый — это воздействие кумулятивных струек, возникающих при асимметричном коллапсе пузырьков рядом с твердой поверхностью, о чем шла речь в 4. Эти струйки направлены к твердой поверхности, в которой возникает зеркальное отображение пузырька, пульсирующее синфазно с исходным. Второй механизм — это скоростной напор пузырька, а точнее жидкости, окружающей поступательно движущийся по направлению к стенке пузырек. При захлопывании присоединенная масса пузырька (можно показать, что для поступательного движения она равна половине массы жидкости в объеме пузырька) резко уменьшается, и из-за сохранения импульса скорость увеличивается. При уменьшении радиуса в 10 раз скорость увеличивается в 1000 раз и достигает 300 м/с. Скоростной напор дается выражением р=ро /2 10 Па, и это воздействие имеет длительность 0,1 Т, где Т — период звука. Третий механизм эрозии обусловлен вязкими силами, вызывающими сдвиговые напряжения в металле и возникающими вследствие растекания жидкости, вытесняемой из пространства между твердой поверхностью и стенкой расширяющегося пузырька. Напряжения, которые при этом возникают, 10 Па и длятся они 0,5 Т. Как известно, прочность конструкционных материалов по отношению к сдвиговым напряжениям на порядок меньше, чем к напряжениям сжатия. Еще один эрозионный механизм обусловлен ударными волнами, возникающими в окружающей пузырек жидкости при его захлопывании, их амплитуда 10 Па [4]. [c.158]

В УЗ-вых полях малой интенсивности вязкость жидкости снижает эрозионную активность, т. к. с ростом вязкости увеличиваются потери акустич. энергии. Однако при большой интенсивности УЗ в сильно вязких жидкостях (при коэффициенте вязкости 50—100 Нс/м ) создаются благоприятные условия для кавитационных процессов силы вязкого трения аналогично избыточному давлению препятствуют расширению кавитационного пузырька после того, как наступила стадия сжатия в звуковой волне. Благодаря этому начальная стадия сжатия кавитационного пузырька наступает раньше, совпадая с началом сжатия волны, повышается скорость и сокращается время его захлопывания, возрастает микроударное воздействие. [c.244]

Увеличение Р приводит к снижению кавитационной полости. При захлопывании сила, действующая на стенку пузырька, уменьшается пропорционально а присоединенная масса жидкости — пропорционально В. . Следовательно, снижение В до определенных пределов при условии, что сохраняется примерно постоянным и равным давлению насыщенного пара, способствует увеличению ускорения и скорости движения [c.199]

Повышение вводимой интенсивности до 35 вт/см вызывало появление в расплаве кавитационных пузырьков. Пульсирующие кавитационные пузырьки образовывали углубления на поверхности фронта кристаллизации при захлопывании пузырьков из углублений на фронте кристаллизации начинался интенсивный рост иглообразных кристаллов (рис. 16). Фронт кристаллизации становился изрезанным при любых применявшихся скоростях перемещения печи. [c.452]

Н. Е. Жуковский с тре.мя своими сотрудниками выяснил причины этого явления и нашел средство борьбы с ними. Они наблюдали разрыв столба жидкости в трубах при отрицательных давлениях и явления захлопывания в образующихся при этом кавитационных полостях. Ученые определили, как возникают удары, почему растет и падает давление, с какой скоростью распространяются возмущения, вызванные внезапным закрытием, и т. д. [c.98]

Определенный интерес представляет приведенная на рис. 7-2 зависимость отношения давлений, возникающих при захлопывании кавитационных пузырьков, к ударному давлению рк1руя, от скорости соударения капли с лопаткой (в логарифмических координатах). Величина Руд рассчитывалась по формуле Руя = Кр2а,2С2 ири иеременных значениях К. Величина давлений, получаемых при захлопывании кавитационных пузырьков Рк, определялась по формуле [Л. 94] [c.143]

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]

Кавитационное изнашивание, как уже отмечалось, происходит в результате многократного воздействия на поверхность гидравлических ударов, возникающих при захлопывании кавитационных полостей вблизи поверхности детали. Кавитационные полости (пузырьки) образуются в гидродинамическом потоке вследствие появления в нем областей с давлением ниже давления насыщенного пара этой жидкости. Захлопывание пузырька происходит при увеличении внещнего давления со скоростью звука. Высвобождаемая энергия аккумулируется в поверхностных слоях детали и идет на деформирование, изменение структуры, появление и развитие микротрещин с последующим разрушением материала [14,26]. [c.160]

При увеличении интенсивности исходного У. кавитационная эрозия также возрастает, по лишь до определенного предела, определяемого соотношением т = Т/2, где X — время захлопывания пузырька, возрастающее с увеличением интенсивности У., а Т — период колебаний У. Ири дальнеЙ1ием увеличении интепсивности У. скорость захлопывания, а следовательно, сила ударной волны падает п])и этом [c.238]

Многие применения У. базируются на псиользо-вании кавитации. Так, основным действующим фактором ультразвуковой очистки являются ударные волны, возникающие в результате захлопывания кавитационных пузырьков. Большую роль играет также отслаивание пленки загрязнения, вызываемое стационарно колеблющимися пузырьками, проникающими в зазор между пленкой и материалом очищаемой детали акустич. потоки способствуют выносу разрушенных частиц. Степень такой очистки значит, превосходит степень очистки, получаемую нрн нрп-ме-тгеинп любых др. методов, а скорость очистк1г определяется секундами, а иногда и долями секунды. [c.238]

Величиной К. э. можно управлять путём подбора определённых соотношений между звуковым и статическим давлением. Под действием происходит сдвиг во времени стадии захлопывания кавитационного пузырька (рис. 1), существенно увеличивается скорость захлопывания и резко возрастает интенсивность образовавшейся ударной волны. При нормальном давлении расшпрение пузырька не заканчивается в полупериод отрицательного давления звуковой волны вследствие инерции жидкости, а нарастающее звуковое давление препятствует процессу его расширения. В результате начальная стадия сжатия запаздывает и захлопывание пузырька приходится на начало следующего полуперпода отрицательного звукового давления (кривая i), что приводит к ослаблению ударной волны. При чрезмерном повышении статич. дав- [c.155]

Звукокапиллярный эффект — аномально глубокое проникновение жидкости в капилляры и узкие щели под действием ультразвука. При этом высота подъема и глубина проникновения значительно превышают соответствующие величины, обусловленные силами поверхностного натяжения жидкости. Механизм звукокапиллярного эффекта заключается в том, что жидкость поднимается по капиллярам в результате импульсов давления, возникающих при захлопывании кавитационных полостей, локализованных в сечении капилляра. Продолжительность т импульсов давления оценивается по времени максимального давления рщах при захлопывании полости. Рассчитано, что т = 2,3-10 с. За время т жидкость в капилляре приобретает скорость Vi а дальше продолжает двигаться по инерции до момента следующего захлопывания кавитационной полости. Высота, на которую) поднимается жидкость за один период колебаний Г, составляет = = (Г —т). Величина VI вычисляется с учетом сечения капилляра, массы столба жидкости и сил вязкого трения, препятствующих 1юдъему жидкости. Общая высота подъема жидкости в капилляре [c.140]

Описание пульсаций кавитационных полостей даже в том случае, когда выполняются все указанные упрош,ения и ограничения, приводит к сложным нелинейным дифференциальным уравнениям, которые не решаются в общем виде. На основании анализа численных решений таких уравнений мы дадим здесь некоторые закономерности пульсаций кавитаццонных пузырьков в ультразвуковом поле, а также получим эмпирические формулы, позволяющие оценивать скорость и время захлопывания кавитационных пузырьков. Решение уравнений сопоставляется с соответствующими экспериментально определенными пульсациями реальных кавитационных пузырьков. Кроме того, рассматривается связь пульсаций кавитационных пузырьков с излучением кавитационного шума и ударных волн. [c.132]

Уравнение (26) в дальнейшем будем называть уравнением Херринга — Флинна. Учитывая сжимаемость жидкости (хотя и в первом приближении), оно позволяет получать более правильные количественные сведения о скорости захлопывания и минимальном радиусе кавитационного пузырька, чем уравнение Нолтинга — Непайраса. [c.136]

Полученный результат представляет интерес, так как еще Нолтинг и Не-пайрас априори предполагали [11], что при увеличении времени захлопывания кавитационной полости может наступить такой момент, когда параметр будет равен 0,5 и при этом должно наблюдаться уменьшение скорости захлопывания и интенсивности ударных волн. Подобными представлениями пользовался также М. Г. Сиротюк при объяснении наблюдаемого им экстремума зависимости кавитационной эрозии от электрического напряжения на ультразвуковом концентраторе 20]. [c.145]

Чем меньше равновесный радиус Во, тем меньше при одном и том же Вщ (определяемом давлением ультразвукового поля) газосодержание. Из таблицы следует, что с уменьшением б значительно возрастает максимальное давление Ртах на поверхности кавитационного пузырька в конечной стадии захлопывания, а также максимальная скорость захлопывания пузырька. При уменьшении Во от 10 до 10" см газосодержание уменьшается примерно в 10 раз, что вызывает (при том же самом давлении ультразвукового поля) увеличение давления Ршах более чем в 10 раз, а скорости захлопывания I/ — почти в 20 раз. Качественно подобная картина влияния газосодержания на изменение кавитационной эффективности, которая оценивалась по эрозии и люминесценции, наблюдалась экспериментально М. Г. Сиротюком [32]. [c.156]

Интервалы То настолько малы, а скорости движения стенок пузырька в момент, предшествуюш ий захлопыванию или в момент начала расширения, настолько велики, что их не удается сосчитать даже на мащине ЭВЦМ. Поэтому приходится прибегать к достаточно аналитическим грубым оценкам, основанным на ряде приближений. Прежде всего предположим, как это делают многие авторы, что захлопывание кавитационного пузырька происходит адиабатически, а расширение — изотермически. Тогда можно воспользоваться первым интегралом уравнения типа Рэлея, с наличием внутри пузырька некоторого количества газа, давление которого в начальный момент, т. е. при В = / тах- будет рг- Этот интеграл имеет вид [32] [c.252]

Все рассмотренные случаи разрушения поверхностных пленок относились к механическому их разрушению кавитационными пузырьками. Но известно, что в кавитирующей жидкости многие химические реакции ускоряются [39]. Воздействовать па ход химических реакций можно через химически активный к пленке загрязнений газ, выделение которого в звуковом поле интенсифицируется (как было указано при анализе случая травления углеродистой стали), а также за счет повышения химической активности моющей жидкости благодаря образованию в ней свободных радикалов и изменению вследствие этого ее окислительновосстановительных свойств. Известно, что при кавитации в воде образуется перекись водорода [30] — довольно активный окислитель. Большинство исследователей связывает ускорение химических реакций с высокими температурами, развивающимися при захлопывании кавитационных пузырьков. Однако прямых экспериментальных исследований, устанавливающих связь между скоростью удаления характерных загрязнений и ускорением химических реакций в кавитирующей н<идкости, не проводилось, поэтому предположение о роли последних в процессе разрушения поверхностных пленок — сугубо гипотетическое. [c.179]

Следует сразу оговориться, что заметное увеличение уровня эрозии при добавлении в жидкость абразивных частиц наблюдается лишь при повышении статического давления до определенных пределов, когда значительно возрастает интенсивность ударных волн при захлопывании кавитационных пузырьков и скорость акустических течений в жидкости. При нормальном атмосферном давлении добавка абразивных частиц в ка-витируюш,ую жидкость не увеличивает уровень эрозии, если нет прямого удара излучателя по частичке абразива, зажатой между рабочим торцем излучателя и обрабатываемой поверхностью, как при ультразвуковом резании [62]. [c.213]

Следует особо подчеркнуть, что в натурных условиях все названные виды эрозии взаимосвязаны друг с другом и действуют одновременно. Попадание капли,, движущейся с большой скоростью, на поверхность лопатки является причиной начала кавитации, Микроударное воздействие капли о поверхность металла изменяет его электрический потенциал в месте удара, что стимулирует электрохимическую коррозию в присутствии электролита. Образовавшееся в месте удара микронарушение рельефа поверхности (язва) облегчает образование вихря при растекании следующей капли, попавшей на это место, что в свою очередь способствует образованию новой кавитационной полости. Ее захлопывание вызывает кавитационную эрозию. Так, в упрощенном виде можно представить взаимовлияние и взаимосвязь указанных выше трех явлений (удар капли, возникновение кавитационной полости и изменение [c.140]

Первая величина вполне удовлетворяет требованию (15а), вторая несколько превышает смягченное требование К = 0,3. Для третьей кривой значение К равно в среднем 0,9, что соответствует выполнению условия (13) при R 1/2 Rm- Здесь уместно напомнить, что как раз для этой кривой (см. выше) можно предположить наличие расхождения расчетных и экспериментальных данных в области захлопывания пузырька. По-видимому, сравнительно медленно идущий процесс расширения рассматриваемого пузырька протекает так же, как и для одиночного. Совпадение наибольшего радиуса Rm с расчетным свидетельствует о том, что и запасаемая пузырьком кинетическая энергия не зависит от присутствия соседних пузырьков. Когда же начинается процесс сжатия, идущий со все возрастающей скоростью, то наступает такой момент, когда потоки жидкости, поступающие через сравнительно узкие пространства между пу-ырьками, приобретают столь большие скорости, что возникающее при этом бернуллиево давление вблизи пузырьков падает и процесс захлопывания замедляется. Если описываемый механизм будет впоследствии подтвержден, то вопрос изучения микропотоков в кавитационной области станет еще более актуальным. [c.239]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...