Акустическая кавитация и акустические потоки

АКУСТИЧЕСКАЯ КАВИТАЦИЯ И АКУСТИЧЕСКИЕ ПОТОКИ [c.24]

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

Другие источники шума оборудования - гидро- и аэродинамические системы. Главная причина возникновения шума этих видов - неоднородность потока вследствие его периодического прерывания (сирены, компрессоры и вентиляторы создают дополнительный повышенный шум в широкой полосе частот), турбулентности, вихрей, кавитации и т. д. Неоднородность потока вызывает градиенты скоростей частиц жидкости или газа, что обусловливает местные изменения плотности и давления рабочей среды. Эти колебания распространяются как акустические волны, проникая в конструкции и излучаясь в окружающее пространство [1,5,6,12,14,33,37,40,49,50]. [c.5]

Ввиду сложности процесса возникновения полостей в жидкости, обусловленного многообразием механизмов роста зародышей кавитации, и факторов, влияющих на эти процессы, П. к. и характеризующие его значения к и р оказываются зависящими от ряда параметров. Так, напр., П. к. возрастает при снижении содержания газа в жидкости после предварительного обжатия её высоким гидростатич. давлением, при повышении частоты звука и уменьшении длительности озвучивания (в частности, при уменьшении длительности импульсов акустических, если звук излучается в импульсном режиме), при повышении степени турбулентности потока. [c.267]

Образование кавитационных пузырьков при УЗО подобно процессам газожидкостного плюмажа или инжекционной обработки расплава порошками, рассмотренным выше. Однако в отличие от них при УЗО происходит более интенсивная дегазация расплавов. Она включает зарождение кавитационных газовых пузырьков, их рост в результате направленной диффузии из расплава в полость, коалесценцию мелких пузырьков в результате развития акустических потоков и их вынос на поверхность расплава [346]. Однако определяющая роль кавитации в улучшении структуры расплава и твердого металла заключается отнюдь не в дегазации, а в эффектах самоорганизации диссипативных структур, обусловленной возникновением нелинейной динамики на границе твердая—жидкая фазы. При критических условиях она приводит к неустойчивости движения и бифуркациям, при которых рост кристаллов и затвердевание сплавов связано со сложными кооперативными процессами массо- и теплопереноса, течением жидкости, химическими реак- [c.226]

Применяют ультразвуковые колебания значительной мощности, при этом в подвергаемой ультразвуковому воздействию жидкости происходит ряд вторичных эффектов, из которых важнейшее значение имеют акустические потоки, радиационное давление и кавитация, которая в процессах очистки особенно эффективна [4.17 4.18]. [c.110]

Все эти параметры, в свою очередь, определяют возникновение в расплаве кавитации, акустических потоков, радиационного давления и сил вязкого трения [c.436]

Затем был проведен эксперимент по оценке выявляемости сигналов акустической эмиссии на фоне гидравлических шумов реактора Дрезден-1 , причем эти шумы имитировались при помощи гидравлического испытательного трубопровода. Результаты, изложенные в отдельном сообщении [8], показали, что система, работающая в диапазоне частот 1,5—2,5 Мгц с преобразователем сдвиговых колебаний, может выявить сигналы акустической эмиссии практически независимо от гидравлических шумов, связанных как с турбулентностью потока, так и с кавитацией. На фиг. 1.14 и 1.15 показаны соответственно схематическое изображение установки для проведения экспе- [c.48]

Распространение высокоэнергетических колебаний в жидких и твердых средах сопровождается рядо.м новых эффектов, часто приводящих к необратимым явлегшям. Эти эффекты, такие как радиационное давление, акустическая кавитация и звуковые потоки, изучаются в нелинейной акустике. [c.8]

Проблема взаимодействия звука со звуком и вообще проблема распространения нелинейных волн, интерес к которой за последнее время бурно растет в связи с тем, что мощности как 5 Льтразвуковых, так и когерентных электромагнитных волн в настоящее время уже достигли тех уровней, при которых линейное приближение во многих случаях не дает удовлетворительных результатов, является одной из основных в нелинейной акустике. Она весьма обширна, включает в себя ряд вопросов (искажение и взаимодействие волн, особенности распространения пилообразных волн нелинейное поглощение и т. д. ), и ей отведено значительное место в предлагаемой вниманию читателей книге. Однако этим не исчерпывается круг вопросов, который должен рассматриваться в нелинейной акустике. В первую очередь это относится к эффектам, вызываемым мощными звуковыми волнами, которые могли бы быть названы вторичными. Из вторичных эффектов в книге основное внимание уделяется акустическим течениям — постоянным вихревым потокам, возникающим в звуковых полях, и звуковой кавитации — образованию в жидкостях полостей под действием отрицательного давления волны. Эти вторичные явления ответственны за ряд эффектов, наблюдающихся в поле мощных звуковых волн часть из этих эффектов играет существенную роль в области технологического использования мощных ультразвуковых волн. [c.11]

Затухание звука, как известно, может быть вызвано разными причинами. В чистых жидкостях основной причиной затухания являются потери за счет сдвиговой и объемной вязкости, а при больших интенсивностях — также рассеяние на дегазационных пузырьках, потери, связанные с возникновением кавитации, и т. д. В газах существенную роль помимо вязкости играет теплопроводность. Поскольку скорость акустического течения намного меньше скорости звука, эккартовское акустическое течение можно рассматривать ьак течение несжимаемой жидкости под действием градиента радиационного давления, вызванного затуханием в результате действия всех причин, в то время как торможение акустического потока обусловлено только сдвиговой вязкостью. Поэтому скорость потока определяется отношением всех диссшхатив-ных коэффициентов к сдвиговой вязкости [32]. Экспериментально ото, пожалуй, наиболее убедительно было показано по измерениям течений в аргоне [33], где объемная вязкость, как известно, равна нулю, а поглощение обусловлено только сдвиговой вязкостью и теплопроводностью. [c.233]

При значительном возрастании интенсивности звуковых волн в их поле заметнее проявляются различные нелинейные эффекты , нарушается принцип суперпозиции и возникает взаимодействие волн, приводящее к появлению комбинационных тонов изменяется форма волны, спектр её обогащается высшими гармониками и соответственно растёт поглощение становятся заметными постоянные силы (см. Давление звукового излучения) и постоянные потоки вещества (см. Акустические течения) при достижении нек-рого порогового значения интенсивности УЗ в жидкости возникает кавитация. Для математич. описания волн большой интенсивности приближения линейной акустики уже недостаточны, в ур-ниях звукового поля необходим учёт членов высшего порядка. Критерием применимости аппарата линейной акустики и возможности пренебрежения нелинейными эффектами является для плоских волн малость акустич. Маха числа М < 1, где М vie, V — колебательная скорость частиц в волне, с — скорость её распространения. [c.10]

О методах количественной оценки скорости акустических потоков и уровня радиационного давления для случая некавитирующей жидкости подробно сказано в частях П и III второй книги настоящей монографии. Пульсации кавитационных полостей приводят к возникновению дополнительных потоков как в объеме жидкости, так и на границе жидкость— твердое тело, а также к изменению уровня радиационного давления. Это особенно важно учитывать при ультразвуковой очистке в режиме интенсивной кавитации и нри наличии в жидкости мельчайших абразивных частиц, например в случае удаления заусенцев в звуковом поле (об этом будет сказано в гл. 3). [c.180]

Таким образом, эксперимент с сонолюминесценцией и исследование распределения потока звуковой энергии доказывают, что распыление жидкости в фонтане может протекать только при условии образования кавитационной области в самой струе, а вся акустическая энергия, вошедшая в струю фонтана, расходуется в основном в той области, где наблюдается кавитация и происходит распыление жидкости. К аналогичному заключению привели также эксперименты Гершензон и Экнадио-сянца [25] с кавитационной эрозией фольги и с химической идентификацией наличия кавитации в ультразвуковом фонтане. [c.377]

Появление на поверхности струи фонтана зон посветления в лучах осветительного устройства (см. 1 гл. 3) — есть результат диффузного рассеяния света от сетки стоячих капиллярных волн. В зависимости от объема и длительности существования кавитационной области в струе, а также вязкости озвучиваемой жидкости, можно видеть разнообразные картины образования капиллярных волн и выбросов тумана. Наблюдается выделение тумана в форме симметричных струй (см. рис. 22, г), являющееся следствием возбуждения колебаний различных мод на поверхности бусинок струи, недовозбуждение бусинок (см. рис. 22, в), когда амплитуда колебаний поверхности струи превосходит пороговую амплитуду возбуждения капиллярных волн, но в то же время меньше порога каплеобразования (см. 1 гл. 4) и т. д. Кавитационная область, инициируя описанные явления, переносится потоком жидкости в верхние участки струи, а затем исчезает там вследствие дефицита акустической энергии и разрушения струи. Следующий цикл распыления возникает в результате появления нового зародыша кавитации, и т. д. [c.379]

Приблизительно оценить величину эффективности диспергирования звуком при распылении жидкости в фонтане можно, воспользовавшись результатами исследования сонолюминисценции и измерением потока звуковой энергии в фокальной области и в струе фонтана (см. 4 гл. 4). Напомним, что согласно этим исследованиям, весь поток звуковой энергии вошедший в струю, расходуется в основном на рабочем участке струи фонтана, т. е. там, где наблюдается кавитация и происходит распы- ление жидкости. Величина Р представляет собой некоторую часть всего потока акустической энергии Р, излучаемого преобразователем, причем величина отношения Р /Р зависит от режима распыления. Так, при напряжении на излучателе, незначительно превышающем пороговое, Р /Р=0,34, а в режиме большой мощности PJP=OfiЪ [27 ]. По аналогии с коэффициентом эрозионной эффективности диспергирования звуком [46], коэффициент эффективности диспергирования звуком можно представить в виде произведения двух независимых величин [c.383]

При использовании акустических эмиссионных систем для непрерывного наблюдения за работой энергетического ядерного реактора обязательно возникает вопрос можно ли обнаружить и опознать акустическую эмиссию в присутствии неизбежного фона гидравлических шумов Для того чтобы ответить на него, были проведены два основных эксперимента. Первый заключался в наблюдении за спектром шумового фона энергетического реактора Дрезден-1 от момента пуска до работы на полной мощности. Результаты этого испытания подробно изложены в работе [7]. Как показали результаты, для данного реактора (конструкция с ь ипящей водой фирмы Дженерал электрик ) шумовое поле в частотном диапазоне свыше 500 кгц очень слабое. На фиг, 1.11 приведены типичные показания анализатора спектров для случаев турбулентного потока без кавитации и с кавитацией. На фиг. 1.12 и 1.13 показаны огибающие спектров шумов, построенные по результатам обработки экспериментальных данных, приведенных на фиг. 1.11. Диапазон частот приблизительно от 750 кгц до 3 Мгц, где затухание, сигналов для черных металлов резко возрастает с увеличением частоты, относительно свободен от [c.47]

Гидродинамические и аэродинамические источники вибраций и шумов имеются во всех машинах, где есть потоки жидкости или газа. Основная причина появления звука — неоднородность потока, вызванная периодическим его прерыванием (сирены, компрессоры, вентиляторы), турбулентностью, кавитацией, вихрями и т. д. Неодиородпость образует градиенты скоростей частиц жидкости (газа), вследствие чего возникают местные изменения плотности и давления, которые распространяются в виде акустических волн, излучаясь в воздух и проникая в упругие конструкции. С источниками такого типа можно ознакомиться в работах [30, 31, 81, 270, 324, 331, 337, 381]. [c.11]

Др. особенность У.—возможность получения большой интенсивности даже при сравнительно небольших амплитудах колебаний, т. к. при данной амплитуде плотность потока энергии пропори, квадрату частоты, УЗ-волны большой интенсивности сопровождаются рядом нелинейных эффектов. Так, для интенсивных плоских УЗ-волн при малом поглощении среды (особенно в жидкостях, твёрдых телах) синусоидальная у излучателя волна превращается по мере её распространения в слабую периодич. ударную волну (пилообразной формы) поглощение таких волн оказывается значительно больше (т. н. нелинейное поглощение), чем волн малой амплитуды. Распространению УЗ-волн в газах и жидкостях сопутствует движение среды, т. н. акустическое течение, скорость к-рого зависит от вязкости среды, интенсивности У. и его частоты вообще говоря, она мала и составляет долго % от скорости У. К числу важных нелинейных явлений, возникающих при распространении интенсивного У. в жидкостях, относится акустич. кавито1(ия. Интенсивность, соответствующая порогу кавитации, зависит от рода жидкости и степени её чистоты, частоты звука, темп-ры и др. факторов в водопроводной воде, содержащей пузырьки воздуха, на частоте 20 кГц она составляет доли Вт/см . На частотах диапазона У. средних частот в УЗ-поле с интенсивностью начиная с неск. Вт/см могут возникнуть фонтанирование жидкости и распыление её с образованием весьма мелкодисперсного тумана. Акустич, кавитация широко применяется в технол. процессах при этом пользуются У. низких частот. [c.215]

Акустический шум. Источником акустич. Ш. могут быть любые нежелательные механич. колебания в твёрдых, жидких и газообразных средах. Различают механич. Ш., вызываемый вибрацией, соударениями твёрдых тел (Ш. станков, машин и т. п.) аэро- или гидродинамич. Ш., возникающий в турбулентных потоках газов или жидкостей в результате флуктуаций давления (напр., Ш. в струе реактивного двигателя) термодинамич. III., обусловленный флуктуациями плотности газа (напр., в процессе горения), а также резким повышением давления (напр., при взрыве, электрич. разряде) кавитац. Ш., связанный с захлопыванием газовых полостей и пузырьков в жидкостях кавита-щЛ). Акустич. Ш. (напр., авиац. и ракетных двигателей) — источник НЧ-помех в работе радиоэлектронных устройств и одна из причин нарушения их работоспособности. В ряде случаев акустич. Ш. служит источником информации, т. е. выполняет роль сигнала. Так, по Ш. подводных лодок и надводных судов осуществляют их пеленгацию шумоподобные сигналы используются в радиоэлектронике для разл, измерений. [c.479]

Под явлением кавитации, относящимся к жидкости, понимается образование в ней полостей (разрывов) с последующим их захло-пыв кием. Кавитация вообще может возникать при любом локальном разрежении в жидкостях в гидродинамическом потоке, при обтекании твердых тел, в кильватерной струе и т. д В акустической волче, создающей периодические разрежения, кавитация наблюдается при достаточной интенсивности волны, реализуемой в ультразвуковом диапазоне частот. Поэтому она относится к специфике ультразвука и называется ультразвуковой кавитацией. Поскольку при кавитации нарушается сплошность среды, то это явление также следует отнести к иелинейны м эффектам [c.123]

Тем не менее имеются доказательства, что в холодной воде при почти постоянной температуре все три вывода качественно согласуются с экспериментальными результатами для кавитации на телах обтекаемой формы, имеющих профили давления с минимумом. На фиг. 6.2, заимствованной из работы [45], представлены кривые, построенные по результатам Кермина [39], в виде зависимости параметра Кг от Уос1 для нескольких цилиндрических тел с полусферическими носовыми частями. В этом случае кавитация, по-видимому, развилась из ядер кавитации, которые первоначально были присоединены к поверхности тела. Согласно [54], пузырьки росли до отрывного диаметра за счет диффузии воздуха, а затем отделившиеся ядра кавитации вызывали кавитацию. Диаметр тела с1 используется вместо длины поверхности. Эксперименты со всеми моделями проводились в одной гидродинамической трубе, в одном и том же интервале скоростей. В каждом случае параметр Кг определялся по максимуму акустического шума при уменьшении величины К в зоне возникновения кавитации при постоянной скорости. Во всех случаях ось тела была параллельна направлению набегающего потока. Отношение максимального и минимального диаметров исследованных моделей составляло 8 1. [c.261]

TejiMH4. Ш. (см. Термическая генерация звука, Поющее п,1а.мя) возникает из-за турбулизации потока и флуктуаций плотности газов в результате горения, а также вследствие мгновенного интенсивного выделения тепла, вызывающего мгновенные повышения давления, в результате взрыва или разряда. 4) Кавитационный Ш., порождаемый звуковыми импульсами, возникающими при захлопывании пузырьков и полостей в жидкости, сопровождающих кавитацию акустическую. [c.427]

Интенсивность ультразвука должна соответствовать развитой кавитации. Увеличение интенсивности ультразвука и развитие акустических потоков снижает звукокапиллярный эффект. Для каждой жидкости существует температурный интервал, в котором интенсивность эффекта максимальна. Для воды и водных растворов он составляет 308—330 1( для глицерина 350—360 К для трихлор-этилена, бензина, спирта 290—295 К. Сила, возникающая вследствие захлопывания кавитационных пузырьков, действует на жидкость у входа в капилляр. Направление силы совпадает с на правлением действия звуковой волны. Перемещение жидкости происходит внутри капилляра, вдоль его оси, направление перемещения совпадает с направлением действия силы. Характеристики некоторых жидких сред, на которых проявляется ФЭ, приведены в табл. 14. [c.140]

Например, опыт показывает, что наиболее существенной причиной вибрации внутрикорпусных элементов являются флуктуации давления теплоносителя, создаваемые циркуляционными насосами и носящие периодический характер. Кроме того, источниками вибраций могут быть нестабильность скорости потока (образование вихрей, турбулентность, кавитация), а также механическая связь с другими движущимися элементами. Поэтому регистрация акустических сигналов на корпусе реактора может дать информацию о состоянии как циркуляционных насосов, так и внутрикорпусных устройств. Система разнесенных датчиков дает возможность оценки состояния блока АЭС в целом как за счет анализа их индивидуальных сигналов, так и посредством изу- [c.261]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...