Кавитационный порог

Существует несколько методов наблюдения кавитационных порогов [c.269]

На рис. 65 показана зависимоста порога кавитации в воде и бензине, полученная при температуре 22° С на частоте 26,3 кгц, от парциального давления воздуха (при насыщении 760 тт рт. ст.). Из этого рисунка видно, что порог кавитации существенно зависит от количества растворенного газа при концентрациях, больших 1% от насыщения при меньших концентрациях такой зависимости нет. Кавитационный порог в воде несколько уменьшается с ростом температуры (см. рис. 63). [c.273]

Ультразвуковая кавитация. Несмотря на значительное количество работ по ультразвуковой кавитации, это явление еще недостаточно хорошо изучено. Связано это с тем, что возникновение кавитации зависит от целого ряда факторов, контроль которых часто бывает затруднен. Имеющиеся в настоящее время данные указывают на то, что кавитационный порог (минимальные звуковые давления, [c.401]

Определение оптимального угла ориентировки преобразователя производится методом тонкой фольги , который позволяет получить качественную характеристику ультразвукового поля в жидкости при мощностях выше кавитационного порога. [c.359]

Резонансная частота магнитострикционного аппарата составляла 14,2 кгц. Исследуемые образцы имели диаметр 1,59 см и вес приблизительно 8 г. Температура кавитирующей жидкости в опытах была 25 0,5°С. Как указывалось выше, основные опыты проводились при амплитуде создаваемых прибором вибраций 0,0025 см, однако предварительно было установлено, что кавитация не появлялась, пока амплитуда не достигала 0,00025 см (порог амплитуды), и что степень кавитационных повреждений образца является линейной функцией от амплитуды. Порог амплитуды не зависел от материала образца. [c.125]

Рис. 15. Схема прибора для создания кавитационной зоны I — нижний порог водослива 2 — верхний порог водослива 3 — испытуемый образец

Формообразование с помощью ультразвука. Сущность обработки поверхностей заготовок с использованием ультразвуковых колебаний основывается на долбящем действии абразивной суспензии и кавитационных процессах в суспензии, значительно ускоряющих направленное разрушение обрабатываемого материала. Ультразвуком называют колебания, распространяющиеся в упругой среде с частотой 20 10 гц и выше, т. е. с частотой, превышающей верхний порог слышимости человеком. [c.639]

Легко показать, что для парового пузырька порог несферичности будет выражаться точно такой же формулой. Оценка для воздушного пузырька в воде с радиусом / о=10 2 см дает 3,5 -Ю Па, т. е. достаточно малую величину. Вопрос об экспериментальной проверке формулы (4.6) пока еще не имеет прямого ответа. Но в большинстве работ отмечается, что в кавитационной области при достаточном времени озвучивания почти нет пузырьков размера резонансного или больше, что находится в соответствии с этой формулой. [c.154]

Кавитационная область и пороги кавитации [c.155]

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]

Кавитационная область и пороги кавитации....................155 [c.402]

За основу методики измерения порога кавитации была взята методика измерения кавитационного шума [12], возникающего при кавитационных явлениях (образований и захлопывании большого количества пузырьков различного размера с собственными резонансными частотами). [c.450]

Для расплавов магния разной степени чистоты с защитой их поверхности от возгорания с помощью флюса при температуре 700 X порог кавитации равен 0,6—0,8 МПа. Это примерно соответствует кавитационной прочности алюминия технической степени чистоты. [c.452]

Кавитационные пузырьки образуются в тех местах, где давление в жидкостях становится ниже некоторого критического, соответствующего порогу кавитации. Напряжение растяжения, необходимое для разрыва жидкости, зависит от количества растворенных в ней газов и увеличивается при обезгаживании. Низкая прочность реальных жидкостей связана с наличием в них зародышей кавитации — микроскопических газовых [c.118]

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]

Частотная зависимость кавитационной прочности воды, показанная кривой 1 на рис. 6, имеет место, если в воде присутствуют зародыши всех возможных радиусов, вплоть до см, например, для морской или свежей водопроводной воды. Для жидкостей, в которых отсутствуют зародыши таких больших размеров (например, отстоявшаяся вода), вид частотной зависимости будет несколько иным, поскольку порог кавитации будет выше. Так, приблизительно в 0,5 л отстоявшейся дистиллированной воды, как будет видно из дальнейшего (см. рис. 7), содержится только один зародыш с радиусом около 10 см, поэтому порог кавитации для этой воды возрастает до 1,8 атм (см. рис. 5). Соответственно частотная зависи- [c.178]

К сожалению, многочисленные опыты по определению кавитационной прочности одной и той же воды, например [7], проводились в неодинаковых экспериментальных условиях, в частности с различными объемами озвучиваемой воды и, следовательно, с неодинаковым содержанием в ней зародышей, что не учитывалось. Это обстоятельство вызывает очень большой разброс экспериментальных величин порога кавитации, полученный различными авторами,— от единиц до сотен атм (см. рис. 1). [c.179]

Рассмотрим модель одномерной кавитационной области [8]. Пусть плоский излучатель ультразвука достаточно большого радиуса R излучает плоские-же волны длиной Я. Поверхность излучателя обладает идеальной смачиваемостью и не несет на себе никаких дополнительных по отношению к уже имеющимся в жидкости зародышам. Ясно, что при равномерном распределении зародышей в области кавитация будет сильнее всего у поверхности излучателя. На образование кавитационных пузырьков будет тратиться некоторая часть энергии первичного звука т. е. звука, создаваемого излучателем. Поэтому по мере удаления от поверхности излучателя будет ослабевать и первичный звук, и создаваемая им кавитация. Так будет продолжаться до тех пор, пока интенсивность первичного звука не станет ниже порога кавитации тогда возникновение последней прекратится. Расстояние, на котором это произойдет, и будет длиной кавитационной области. Будем также считать, что удовлетворяется требование [c.226]

Порог кавитации зависит от частоты звука, гидростатического давления в жидкости, от длительности воздействия ультразвука, вязкости жидкости, температуры жидкости и от ряда других параметров. В значительной мере порог кавитации зависит от степени очистки жидкости (отсутствия нерастворимых механических примесей), предварительной обработки жидкости (дистилляции, обжима высоким давлением), а также от условий облучения жидкости звуком. При повторном включении звука жидкость, как правило, начинает кавитировать при более низких звуковых давлениях. Однако доминирующим фактором, от которого зависит как величина порога, так и характер кавитации, является количество растворенного воздуха. По [26] эта зависимость проявляется особенно сильно при содержании воздуха, большем 1% от насыщения при меньшем содержании воздуха в жидкости кавитационный порог практически не зависит от количества растворенного газа. [c.270]

Из всех этих данных следует, что на частотах до 10 гц кавитационный порог в воде составляет несколько атмосфер. Такой низкий порог кавитации наблюдался тогда, когда кавитация происходила в больших объемах жидкости вблизи стенок или на поверхности источника звука, или, наконец, тогда, когда условия эксперимента таковы, что невозможно было избежать механических примесей и растворения некоторого количества газа в жидкости. Экспериментальная статхгческая прочность воды на разрыв (см. табл. 6) — 270 атм [30], что значительно выше приведенных здесь экспериментальных порогов кавитации. В настоящее время, однако, на ультразвуковых частотах получены пороги кавитации, по порядку величины близкие к статической экспериментальной прочности 120 атм [26], а для тщательно дегазированной воды даже более высокие — 380 атм [31]. Это связано, во-первых, с тем, что в этих экспериментах удалось избежать влияния стенок кавитация как в [26], так и в [31] наблюдалась при фокусировке, в малом объеме жидкости вдали от стенок экспериментального сосуда и от поверхности источника звука. Во-вторых, несмотря на интенсив- [c.272]

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 соответствии с одно11 из гипотез, кавитационные зародыши — результат космического облучения и.чи естественной радиоактивности, воздействующих на все находящееся на земле. Проведенные совсем недавно исследования действительно показали, что еслп облучать воду ионизирующим излучением, то ее кавитационный порог (давление, при котором она возникает) падает. Однако еще но доказано, что эта причина является единственной. [c.25]

Причина этого уменьшения, по-видимому, заключается в том, что, как было показано в части V, гл. 2, 6 (стр. 197), внутри кавитационной области идет непрерывный процесс размножения и 1соагуляции кавитационных пузырьков, причем кавитационный порог несколько уменьшается, так как в установившемся режиме роль кавитационных зародышей начинают выполнять так называемые равновесные пузырьки (см. часть [c.232]

Этот метод базируется на предложзнном в работе [15] дилатометрическом способе определения кавитационного порога и подробно описан в части V, гл. 2, 6. Хотя, как мы говорили, этот метод дает усредненную величину , но в фокусирующих сферических концентраторах кавитационная область невелика, имеет относительно правильную форму и довольно резкие границы вне этой области кавитация отсутствует. Таким образом, здесь дилатометрическим методом можно опредолить сроднее значение <ЛГ> в кавитационной области. Используя данные работы [4] (см. также рис. 8), можно получить [14] зависимость <ЛГ> от приложенного к концентратору напряжения, которая представлена на рис. 13. [c.235]

Когда рассматривается влияние акустической мощности на скорость массообмена прежде всего встает вопрос о пороговой для начала процесса величине, характеризующей звуковое поле, — давлении, интенсивности, объемной плотности энергии и т. п. В этом отношении в известных нам работах имеется некоторая путаница. Дело в том, что ряд авторов [70, 87, 88) рассматривает явление вынужденного выделения газа из жидкости в прямой связи с процессом кавитации, и в соответствии с этим предлагает считать порог кавитации одновременно и порогом дегазации жидкостей. В работе [89] даже приведены кривые зависимости пороговой амплитуды звукового давления Р , нри которой в дистиллированной воде наблюдалось образование маленьких газовых пузырьков. Однако, судя по описанным в той же работе химическим эффектам, сопровождавшим появление пузырьков, как и в работе [87], речь идет о кавитационном пороге. В работе [77] концентрация газа изменялась только при превышении некоторой величины акустической мощности. Однако обусловлено это разрешающей способностью методики измерения газосодержания, так как визуально выделение газовых пузырьков происходило и при значительно меньших, чем IVд, величинах акустической мощности. Поскольку в перенасыщенной жидкости выделение растворенного газа в колеблющиеся пузырьки происходит при любой амплитуде звукового давления, понятие о пороге дегазации здесь неприменимо. Если же речь идет о жидкости в недонасыщенном состоянии, то, как указывалось в гл. 2, для каждого пузырька существует критическая величина звукового давления Ра ,,, зависящего от относительной концентрации Сд/Ср, нри которой растворенный газ поступает в пузырек. Поскольку при данной частоте звука минимальным значением Ра обладают пузырьки резонансного размера, она является одновременно и порогом дегазации. Следует заметить, что с повышением частоты колебаний, как показывают расчеты, значение Ра также увеличивается (см. рис. 20, стр. 280, Со/Ср = 0,8, Д = Лр,з). [c.304]

Существующие в настоящее время гипотезы взаимосвязи процессов дегазации и кавитации весьма противоречивы. Некоторые авторы [70, 88] считают, что дегазация жидкости возможна только при наличии кавитации, после образования парогазовых полостей, которые, увеличиваясь в размерах из-за диффузии и коалесценции, покидают жидкость. По мнению других [72], дегазация с кавитацией не связана, а определяется диффузией газа в пульсирующие пузырьки, уже существующие в жидкости, и последующей их коалесценцией. Чтобы ответить на этот вопрос однозначно, нужно сопоставить кинетику процесса дегазации при низких интенсивностях звука, когда кавитация заведомо отсутствует, и при наличии кавитации. В этой связи определенный интерес представляет сообщение [93] о существовании оптимальной для дегазации области интенсивностей, в пределах которой скорость изменения концентрации газа наибольшая. Эта область со стороны меньших значений интенсивности ограничена величиной кавитационного порога. Совпадающее с возникновением кавитации увеличение скорости массообмена авторы приписывают действию двух факторов 1) увеличению числа пузырьков-зародышей, происходящему в результате образования и отделения микропузырьков с поверхности пузырьков благодаря возбуждению поверхностных мод колебаний большой амплитуды 2) повышению диффузионного потока газа на пузырек вслед- [c.314]

Приняв в качестве основных характеристик процесса массообмена, как и в докавитационном режиме, скорость изменения концентрации газа и величину квазиравновесной концентрации, сопоставим кинетику процесса массообмена в докавитационных условиях и при наличии кавитации с точки зрения изменения указанных характеристик. Предварительно необходимо сделать замечание о способе регистрации кавитации. В наших экспериментах о возникновении кавитации судили по изменению формы и величины измеряемого звукоприемником сигнала звукового давления. Величину колебательной скорости F , при которой измеряемое звуковое давление в жидкости перестает быть пропорциональным скорости, следуя работе [94], назовем измеряемым кавитационным порогом, в отличие от видимого , соответствующего визуальному наблюдению кавитационных тяжей. [c.315]

Семейство кривых, показывающих изменение концентрации воздуха в воде в зависимости от времени при частоте колебаний 22 кгц, представлено на рис. 53. Обозначения 1—5 отвечают следующим значениям колебательной скорости V 3, 5, 13, 15, 23, 26 см сек. Величина измеренного кавитационного порога составляла 13 см1сек. В соответствии с этим на рис. 53 кривая кинетики 1 соответствует докавитационным условиям, тогда как остальные изображают кинетику массообмена при кавитации. Из сопоставления кривых видно, что возникновение кавитации не изменяет характера кинетики процесса. Наибольшее значение скорость массообмена имеет в начальной стадии и с течением времени уменьшается, так что в конце концов в жидкости устанавливается квазиравновеспая концентрация. Нетрудно видеть, что ее значение совпадает с величиной С , достигаемой в докавитационных условиях, и не зависит от колебательной скорости. Последняя влияет только на время установления квазиравновесного состояния чем больше V, тем меньше время установления. [c.315]

Из всех приборов для создания искусственной кавитационной зоны, построенных на принципе сжатия водяной струи, наиболее удобным можно считать прибор Шретера (рис. 15). Он отличается от подобных приборов способом сжатия и направления водяного потока. В этом приборе для сжатия водяной струи установлены два порога — нижний и верхний. Оба порога сменные. Это позволяет изменять их форму и размеры для создания необходимых условий в кавитационной зоне. [c.30]

Ужесточение условий эксплуатации изделий из конструкционных сталей, с одной стороны, и все более детальные лабораторные исследования, с другой стороны, приводят к обнаружению все новых опасных проявлений обратимой отпускной хрупкости. Еще соегсем недавно сч№ тали, что отпускная хрупкость приводит лишь к повышению порога хладноломкости и снижению вязкости разрушения в переходном интервале температур. Затем выяснилось, что может уменьшаться и трещиностойкость (7-интеграл) в области вязкого разрушения, долговечность при ползучести, радиационная стойкость, усталостная прочность и что особую опасность представляет усиление склонности к водородному охрупчиванию и коррозионному растрескиванию в электролитах. Появились данные об усилении при развитии отпускной хрупкости восприимчивости сталей к жидкометаллической и твердо-металлической хрупкости. В связи с тем, что элементы межзеренного разрушения встречаются в самых разнообразных условиях механического нагружения, можно ожидать, что будут выявлены и новые области проявления отпускной хрупкости (например, при кавитационном разрушении, зернрграничном проскальзывании, трении и износе). Близкие по природе к явлению обратимой отпускной хрупкости процессы охрупчивания могут развиваться и в сталях аустенитного класса. Обнаружение и исследование этих новых проявлений отпускной хрупкости и близких к ней явлений также представляется важным направлением дальнейшей работы. [c.210]

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]

ПОРОГ КАВИТАЦИИ — граница между двумя режимами гидродинамич. процессов в жидкости — бескавита-ционным и кавитационным. Для данного вида течения жидкости П. к. характеризуется определённым, т. н. критическим, значением числа кавитации (см. Кавитация). Величина соответствующая началу кавитации, обычно отличается от величины Хк, соответствующей её исчезновению, т. е. имеет место гистерезис. Порог акустич. кавитации характеризуют минимальным значением амплитуды звукового давления р , при к-ром возникает кавитационный процесс. [c.267]

По мере увеличения частоты кавитировать могут лишь те пузырьки, резонансные частоты которых лежат выше, т. е. пузырьки все меньшего и меньшего радиуса. При этом порог кавитационной прочности будет повышаться. Используя совместно выражения (6) и (8), можно приблизительно оценить величину порога возникновения кавитации для зародыша в виде пузырька при изменении частоты звука. Это же можно сделать графически, используя рис. 5. На рис. 6 (кривая 1) приведена эта зависимость, построенная графически при помощи кривых 2 шЗ рис. 5. [c.178]

Образование большого количества пузырьков в кавитационной области, которые менее прочны, чем прежние зародыши, должно привести к тому, что при уменьшении звуковой энергии кавитация прекращ ается при меньших значениях звукового давления, по сравнению с порогом возникновения. Этот своеобразный гистерезис имеет место и наблюдается экспериментально [10,46]. [c.202]

Под действием повышенного гидростатического давления газ, находящийся в зародышах кавитации, частично растворяясь, уменьшает их радиус. Уменьшение же радиуса Rq приводит к росту величины порога кавитации Р и, следовательно, к уменьшению i max см. выражение (13)]. Зная изменение тах кавитационного пузырька при различных гидростатических давлениях относительно исходного начального радиуса йщахо можно найти изменение б относительно 6q при Р = Рд [c.214]

В подавляющем большинстве исследований, посвященных различным физическим аспектам ультразвуковой кавитации (см., например, часть IV и частично часть V настоящей книги) рассматривается поведение единичного изолированного кавитационного пузырька. Фактически же такой пузырек весьма редко встречается, и чтобы он существовал, необходим определенный, трудно реализуемый комплекс условий. Как правило, даже при звуковых давлениях, не намного превышающих порог кавитации, сразу появляется множество кавитационных пузырьков, занимающих определенную часть пространства, которую мы и будем называть кавитационной областью. Несмотря на это даже в хорошем монографическом обзоре Флинна [1] и книге Перника [2] основная часть материала относится к поведению единичного пузырька, а кавитационной области посвящено всего 2—3 страницы. [c.223]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...