Физика кавитация: Ультразвуковая кавитация — Википедия – Странно. Страница отсутствует.

0

Содержание

КАВИТАЦИЯ — Физический энциклопедический словарь

(от лат. cavitas — пустота), образование в капельной жидкости полостей, заполненных газом, паром или их смесью (т. н. кавитац. пузырьков или каверн). Кавитац. пузырьки образуются в тех местах, где давление в жидкости становится ниже нек-рого критич. значения ркр (в реальной жидкости ркр прибл. равно давлению насыщ. пара этой жидкости при данной темп-ре). Если понижение давления происходит вследствие больших местных скоростей в потоке движущейся капельной жидкости, то К. наз. гидродинамической, а если вследствие прохождения звук. волн большой интенсивности — акустической.

Гидродинамическая К. Для идеальной однородной жидкости вероятность образования пузырьков за счёт разрыва жидкости становится заметной при больших растягивающих напряжениях; так, напр., теор. прочность на разрыв воды равна 1,5•108 Па (—1500 кгс/см2). Реальные жидкости менее прочны. Макс. растяжение тщательно очищенной воды, достигнутое при растяжении воды при 10°С, составляет — 2,8•107 Па (— 280 кгс/см2). Обычно же разрыв возникает при давлениях, лишь немного меньших давления насыщ. пара. Низкая прочность реальных жидкостей связана с наличием в них т. н. кавитац. зародышей: микроскопич. газовых пузырьков, тв. ч-ц с трещинами, заполненными газом, и др. Мельчайшие пузырьки газа или пара, двигаясь с потоком и попадая в область давления р<�ркр, сильно расширяются в результате того, что давление содержащегося в них пара и газа оказывается больше, чем суммарное действие поверхностного натяжения и давления в жидкости. В результате на участке потока с пониженным давлением (напр., в трубе с местным сужением) создаётся довольно чётко ограниченная «кавитац. зона», заполненная движущимися пузырьками.

После перехода в зону повыш. давления рост пузырька прекращается, и он начинает сокращаться. Если пузырёк содержит достаточно много газа, то по достижении им мин. радиуса он восстанавливается и совершает неск. циклов затухающих колебаний, а если газа мало, то пузырёк захлопывается полностью в первом периоде жизни.

Сокращение кавитац. пузырька происходит с большой скоростью и сопровождается звук. импульсом (своего рода гидравлическим ударом) тем более сильным, чем меньше газа содержит пузырёк. Если степень развития К. такова, что в случайные моменты времени возникает и захлопывается множество пузырьков, то явление сопровождается сильным шумом со сплошным спектром от неск. сотен Гц до сотен и тысяч кГц. Если кавитац. каверна захлопывается вблизи от обтекаемого тела, то многократно повторяющиеся удары приводят к разрушению (к т. н. кавитац. эрозии) поверхности обтекаемого тела — лопастей гидротурбин, гребных винтов кораблей (рис.) и др. гидротехн. устройств.

При данной форме обтекаемого тела К. возникает при нек-ром, вполне определённом для данной точки потока, значении безразмерного параметраКАВИТАЦИЯ

где р — гпдростатич. давление набегающего потока, рн— давление насыщ. пара, r — плотность жидкости,КАВИТАЦИЯ. Рис. 2

Участок разрушенной поверхности гребного винта.

v?— скорость жидкости при достаточном удалении от тела. Этот параметр наз. «числом кавитации», служит одним из критериев подобия при моделировании гидродинамич. течений. Увеличение скорости потока после начала К. вызывает быстрое возрастание кол-ва кавитац. пузырьков, затем происходит их обьединение в общую кавитац. каверну, после чего течение переходит в струйное (см. СТРУЯ).

Если внутрь каверны через тело, около к-рого возникает К., подвести атм. воздух или иной газ, то размеры каверны увеличатся. При этом установится течение, к-рое будет соответствовать числу кавитации, определяемому уже не давлением насыщенного водяного пара рн, а давлением газа внутри каверны рк, т. е. c=(p?-pк)/rv2?. Т. к. величина рк может быть много больше рн, то в таких условиях при малых скоростях набегающего потока можно получать течения, соответствующие очень низким значениям c, т. е. сильному развитию К. Так, при движении тела в воде со скоростью 6—10 м/с хар-р его обтекания может соответствовать скоростям до 100 м/с. Кавитац. течения, получающиеся в результате подвода газа внутрь каверны, наз. искусственной К.

Гидродинамич. К. может сопровождаться рядом физ.-хим. эффектов, напр. искрообразованием и люминесценцией. Обнаружено влияние электрич. тока и магн. поля на К., возникающую при обтекании цилиндра в гидродинамич. трубе.

К. оказывает вредное влияние на работу гидротурбин, жидкостных насосов, гребных винтов кораблей, жидкостных систем высотных самолётов и т. д., снижает их кпд и приводит к разрушениям. К. может быть уменьшена при увеличении гидростатич. давления, напр. помещением устройства на достаточной глубине по отношению к свободной поверхности жидкости, а также подбором соответствующих форм элементов конструкции, при к-рых вредное влияние К. уменьшается. Эксперим. исследования К. проводятся в гидродинамич. трубах, оборудованных системой регулирования статич. давления (т. н. кавитац. Трубы).

Источник: Физический энциклопедический словарь на Gufo.me


Значения в других словарях

  1. кавитация — орф. кавитация, -и Орфографический словарь Лопатина
  2. кавитация — Кавитация, кавитации, кавитации, кавитаций, кавитации, кавитациям, кавитацию, кавитации, кавитацией, кавитациею, кавитациями, кавитации, кавитациях Грамматический словарь Зализняка
  3. кавитация — -и, ж. спец. Образование в капельной жидкости внутренних разрывов (полостей) и последующее быстрое, подобное взрыву, их исчезновение. [От лат. cavitas — пустота] Малый академический словарь
  4. кавитация — КАВИТАЦИЯ -и; ж. [от лат. cavitas — пустота]. Спец. Образование в жидкости, вследствие резкого уменьшения давления, пузырьков, полостей, заполненных газом или паром. ◁ Кавитационный, -ая, -ое. К-ые пузырьки. Толковый словарь Кузнецова
  5. кавитация — кавитация ж. Образование в быстро движущейся жидкости пузырьков, заполненных газом, паром или их смесью, ведущее к разъеданию металлических частей судовых гребных винтов, водяных турбин и т.п. Толковый словарь Ефремовой
  6. Кавитация — (от лат. cavitas — пустота) образование в капельной жидкости полостей, заполненных газом, паром или их смесью (так называемых кавитационных пузырьков, или каверн). Большая советская энциклопедия
  7. кавитация — [< лат. cavitas (cavitatis) углубление, полость] – образование пустот в движущейся жидкости; кавитация ведёт к разъеданию металлических частей турбин, главным образом лопаток рабочего колеса, гребных винтов и др Большой словарь иностранных слов
  8. КАВИТАЦИЯ — КАВИТАЦИЯ (от лат. cavitas — пустота) — образование в жидкости полостей (кавитационных пузырьков, или каверн) — заполненных газом, паром или их смесью. Большой энциклопедический словарь
  9. кавитация — сущ., кол-во синонимов: 2 суперкавитация 1 фотокавитация 2 Словарь синонимов русского языка
КАВИТАЦИЯ. Рис. 2

Кавитация Википедия

Кавитационный след гребного винта

Кавита́ция (от лат. cavitas — пустота) — физический процесс образования пузырьков (каверн) в жидких средах, с последующим их схлопыванием и высвобождением большого количества энергии (ударная волна), возникающий в результате внешних физических воздействий.

Кавитация – это процесс образования в жидкости полостей (кавитационных пузырьков), заполненных газом и/или паром.[1]

Примеры:

– кипение воды в чайнике;

– бурление пузырьков шампанского после вскрытия бутылки

– встряхивании бутылки с подсолнечным маслом, когда в жидкости появляются полые пузырьки и начинается «кавитационный круговорот».[2]

Кавитация – процесс образования и последующего схлопывания пузырьков в потоке жидкости, сопровождающийся шумом и гидравлическими ударами, образование в жидкости полостей (кавитационных пузырьков, или пустот), которые могут содержать разреженный пар. Кавитация возникает в результате местного понижения давления в жидкости, которое может происходить либо при увеличении её скорости (гидродинамическая кавитация), либо при прохождении акустической волны большой интенсивности во время полупериода разрежения (акустическая кавитация), существуют и другие причины возникновения эффекта. Перемещаясь с потоком в область с более высоким давлением или во время полупериода сжатия, кавитационный пузырёк схлопывается, излучая при этом ударную волну. В своей основе кавитация имеет тот же механизм действия, что и ударная волна в воздухе, возникающая в момент преодоления твердым телом звукового барьера.

Явление кавитации носит локальный характер и возникает только там, где есть условия. Перемещаться в среде возникновения не может. Кавитация разрушает поверхность гребных винтов, гидротурбин, акустических излучателей, деталей амортизаторов, гидромуфт и др. Кавитация также приносит пользу — её применяют в промышленности, медицине, военной технике и других смежных областях.

Обзор[ | ]

Согласно определению Кристофера Бреннена: «Когда жидкость подвергается давлению ниже порогового (напряжению растяжения), тогда целостность её потока нарушается, и образуются парообразные полости. Это явление называется кавитацией. Когда местное давление жидкости в некоторой точке падает ниже величины, соответствующей давлению насыщения при данной окружающей температуре, тогда жидкость переходит в другое состояние, образуя, в основном, фазовые пустоты, которые называются кавитационными пузырями. Возможно и другое образование кавитационных пузырей путём местной подачи энергии. Это может быть достигнуто фокусировкой интенсивного лазерного импульса (оптическая кавитация) или искрой электрического разряда».

Во многих источниках физика этого явления объясняется следующим образом. Физический процесс кавитации близок процессу закипания жидкости. Основное различие между ними заключено в том, что при закипании изменение фазового состояния жидкости происходит при среднем по объёму жидкости давлении равном давлению насыщенного пара, тогда как при кавитации среднее давление жидкости выше давления насыщенного пара, а падение давления носит локальный характер.

Однако более поздние исследования показали, что ведущую роль в образовании пузырьков при кавитации играют газы, выделяющиеся внутрь образовывающихся пузырьков. Эти газы всегда содержатся в жидкости, и при местном снижении давления начинают интенсивно выделяться внутрь указанных пузырьков.

Поскольку под воздействием переменного местного давления жидкости пузырьки могут резко сжиматься и расширяться, то температура газа внутри пузырьков колеблется в широких пределах, и может достигать нескольких сот градусов по Цельсию. Имеются расчётные данные, что температура внутри пузырьков м

Кавитация — Википедия

Кавитационный след гребного винта

Кавита́ция (от лат. cavita — пустота) — процесс образования и последующего схлопывания пузырьков вакуума в потоке жидкости, сопровождающийся шумом и гидравлическими ударами, образование в жидкости полостей (кавитационных пузырьков, или пустот), которые могут содержать разреженный пар. Кавитация возникает в результате местного понижения давления в жидкости, которое может происходить либо при увеличении её скорости (гидродинамическая кавитация), либо при прохождении акустической волны большой интенсивности во время полупериода разрежения (акустическая кавитация), существуют и другие причины возникновения эффекта. Перемещаясь с потоком в область с более высоким давлением или во время полупериода сжатия, кавитационный пузырёк схлопывается, излучая при этом ударную волну. В своей основе кавитация имеет тот же механизм действия, что и ударная волна в воздухе возникающая в момент преодоления твердым телом звукового барьера.

Явление кавитации носит локальный характер и возникает только там, где есть условия. Перемещаться в среде возникновения не может. Кавитация разрушает поверхность гребных винтов, гидротурбин, акустических излучателей, деталей амортизаторов, гидромуфт и др. Кавитация также приносит пользу — её применяют в промышленности, медицине, военной технике и других смежных областях.

Обзор

Согласно определению Кристофера Бреннена: «Когда жидкость подвергается давлению ниже порогового (напряжению растяжения), тогда целостность её потока нарушается, и образуются парообразные полости. Это явление называется кавитацией. Когда местное давление жидкости в некоторой точке падает ниже величины, соответствующей давлению насыщения при данной окружающей температуре, тогда жидкость переходит в другое состояние, образуя, в основном, фазовые пустоты, которые называются кавитационными пузырями. Возможно и другое образование кавитационных пузырей путём местной подачи энергии. Это может быть достигнуто фокусировкой интенсивного лазерного импульса (оптическая кавитация) или искрой электрического разряда».

Во многих источниках физика этого явления объясняется следующим образом. Физический процесс кавитации близок процессу закипания жидкости. Основное различие между ними заключено в том, что при закипании изменение фазового состояния жидкости происходит при среднем по объёму жидкости давлении равном давлению насыщенного пара, тогда как при кавитации среднее давление жидкости выше давления насыщенного пара, а падение давления носит локальный характер.

Однако более поздние исследования показали, что ведущую роль в образовании пузырьков при кавитации играют газы, выделяющиеся внутрь образовывающихся пузырьков. Эти газы всегда содержатся в жидкости, и при местном снижении давления начинают интенсивно выделяться внутрь указанных пузырьков.

Поскольку под воздействием переменного местного давления жидкости пузырьки могут резко сжиматься и расширяться, то температура газа внутри пузырьков колеблется в широких пределах, и может достигать нескольких сот градусов по Цельсию. Имеются расчётные данные, что температура внутри пузырьков может достигать 1500 °C[1]. Следует также учитывать, что в растворённых в жидкости газах содержится больше кислорода в процентном отношении, чем в воздухе, и поэтому газы в пузырьках при кавитации химически более агрессивны, чем атмосферный воздух — вызывают в итоге окисление (вступление в реакцию) многих обычно инертных материалов.

Вредные последствия

Повреждения, наносимые эффектом кавитации (часть насоса) Кавитационные повреждения гребного винта

Химическая агрессивность газов в пузырьках, имеющих к тому же высокую температуру, вызывает эрозию материалов, с которыми соприкасается жидкость, в которой развивается кавитация. Эта эрозия и составляет один из факторов вредного воздействия кавитации. Второй фактор обусловлен большими забросами давления, возникающими при схлопывании пузырьков и воздействующими на поверхности указанных материалов.

Кавитационная эрозия металлов вызывает разрушение гребных винтов судов, рабочих органов насосов, гидротурбин и т. п., кавитация также является причиной шума, вибрации и снижения эффективности работы гидроагрегатов.

Схлопывание кавитационных пузырей приводит к тому, что энергия окружающей жидкости сосредотачивается в очень небольших объёмах. Тем самым, образуются места повышенной температуры и возникают ударные волны, которые являются источниками шума и приводят к эрозии металла. Шум, создаваемый кавитацией, является особой проблемой на подводных лодках, так как снижает их скрытность. Эксперименты показали, что вредному, разрушительному воздействию кавитации подвергаются даже химически инертные к кислороду вещества (золото, стекло и др.), хотя и намного более медленному. Это доказывает, что помимо фактора химической агрессивности газов, находящихся в пузырьках, важным является также фактор забросов давления, возникающих при схлопывании пузырьков. Кавитация ведёт к большому износу рабочих органов и может значительно сократить срок службы винта и насоса. В метрологии, при использовании ультразвуковых расходомеров, кавитационные пузыри модулируют волны в широком спектре, в том числе и на частотах излучаемых расходомером, что приводит к искажению его показаний.

Полезное применение

Хотя кавитация нежелательна во многих случаях, есть исключения. Например, сверхкавитационные торпеды, используемые военными, обволакиваются в большие кавитационные пузыри. Существенно уменьшая контакт с водой, эти торпеды могут передвигаться значительно быстрее, чем обыкновенные торпеды. Так сверхкавитационная торпеда «Шквал», в зависимости от плотности водной среды, развивает скорость до 370 км/ч.

Кавитация используется при ультразвуковой очистке поверхностей твёрдых тел. Специальные устройства создают кавитацию, используя звуковые волны в жидкости. Кавитационные пузыри, схлопываясь, порождают ударные волны, которые разрушают частицы загрязнений или отделяют их от поверхности. Таким образом, снижается потребность в опасных и вредных для здоровья чистящих веществах во многих промышленных и коммерческих процессах, где требуется очистка как этап производства.

В промышленности кавитация часто используется для гомогенизации (смешивания) и отсадки взвешенных частиц в коллоидном жидкостном составе, например, смеси красок или молоке. Многие промышленные смесители основаны на этом принципе. Обычно это достигается благодаря конструкции гидротурбин или путём пропускания смеси через кольцевидное отверстие, которое имеет узкий вход и значительно больший по размеру выход: вынужденное уменьшение давления приводит к кавитации, поскольку жидкость стремится в сторону большего объёма. Этот метод может управляться гидравлическими устройствами, которые контролируют размер входного отверстия, что позволяет регулировать процесс работы в различных средах. Внешняя сторона смесительных клапанов, по которой кавитационные пузыри перемещаются в противоположную сторону, чтобы вызвать имплозию (внутренний взрыв), подвергается огромному давлению и часто выполняется из сверхпрочных или жестких материалов, например, из нержавеющей стали, стеллита или даже поликристаллического алмаза (PCD).

Кавитацию используют для обработки топлива. Во время обработки топливо дополнительно очищается (при проведении химического анализа сразу обнаруживается существенное уменьшение количества фактических смол)[2], и перераспределяется соотношение фракций (в сторону более лёгких). Эти изменения, если топливо сразу поступает к потребителю, повышают его качество и калорийность, как следствие, достигается более полное сгорание и уменьшение массовой доли загрязняющих веществ. Сейчас до сих пор проходят исследования по влиянию кавитации на топливо. Их проводят частные компании и институты, например Российский государственный университет нефти и газа им. И. М. Губкина.

Также были разработаны кавитационные водные устройства очистки, в которых граничные условия кавитации могут уничтожить загрязняющие вещества и органические молекулы. Спектральный анализ света, испускаемого в результате сонохимической реакции, показывает химические и плазменные базовые механизмы энергетической передачи. Свет, испускаемый кавитационными пузырями, называется сонолюминесценцией.

Кавитационные процессы имеют высокую разрушительную силу, которую используют для дробления твёрдых веществ, которые находятся в жидкости. Одним из применений таких процессов является измельчение твёрдых включений в тяжёлые топлива, что используется для обработки котельного топлива с целью увеличения калорийности его горения.

Кавитационные устройства снижают вязкость углеводородного топлива, что позволяет снизить необходимый нагрев и увеличить дисперсность распыления топлива.

Кавитационные устройства используются для создания водно-мазутных и водно-топливных эмульсий и смесей, которые часто используются для повышения эффективности горения или утилизации обводнённых видов топлива.

Применение в биомедицине

Кавитация играет важную роль для уничтожения камней в почках и мочеточнике посредством ударной волны литотрипсии. Литотриптор — прибор, предназначенный для разрушения камней в мочеполовом тракте без открытого хирургического вмешательства.

В настоящее время исследованиями показано, что кавитация также может быть использована для перемещения макромолекул внутрь биологических клеток (сонопорация).

Кавитация, создаваемая прохождением ультразвука в жидкостной среде, используется в работе хирургических инструментов для бескровного иссечения тканей плотных органов (см. CUSA).

Кавитация также применяется в стоматологии при ультразвуковой чистке зубов, разрушая зубной камень и пигментированный налёт («налёт курильщика»), а также косметологии.

Кавитация применяется для лечения ожирения. При помощи специального ультразвукового устройства происходит разрушение жировых клеток в подкожной жировой клетчатке[источник не указан 17 дней].

Эффект кавитации также применяется и в других областях медицины[каких?].

Лопастные насосы и винты судов

В местах контакта жидкости с быстро движущимися твёрдыми объектами (рабочие органы насосов, турбин, гребные винты судов, подводные крылья и т. д.) происходит локальное изменение давления. Если давление в какой-то точке падает ниже давления насыщенного пара, происходит нарушение целостности среды. Или, проще говоря, жидкость закипает. Затем, когда жидкость попадает в область с более высоким давлением, происходит «схлопывание» пузырьков пара, что сопровождается шумом, а также появлением микроскопических областей с очень высоким давлением (при соударении стенок пузырьков). Это приводит к разрушению поверхности твёрдых объектов. Их как бы «разъедает». Если зона пониженного давления оказывается достаточно обширной, возникает кавитационная каверна — полость, заполненная паром. В результате нормальная работа лопастей нарушается и возможен даже полный срыв работы насоса. Любопытно, но есть примеры, когда кавитационная каверна специально закладывается при расчёте насоса. В тех случаях, когда избежать кавитации невозможно, такое решение позволяет избежать разрушительного влияния кавитации на рабочие органы насоса. Режим, при котором наблюдается устойчивая кавитационная каверна, называют «режимом суперкавитации».

Лопастные насосы. Кавитация на стороне всасывания

Как правило, зона кавитации наблюдается вблизи зоны всасывания, где жидкость встречается с лопастями насоса. Вероятность возникновения кавитации тем выше,

  • чем ниже давление на входе в насос;
  • чем выше скорость движения рабочих органов относительно жидкости;
  • чем более неравномерно обтекание жидкостью твёрдого тела (высокий угол атаки лопасти, наличие изломов, неровностей поверхности и т. п.)

Центробежные насосы. Кавитация в уплотнении рабочего колеса

У классических центробежных насосов часть жидкости из области высокого давления проходит через щель между рабочим колесом и корпусом насоса в зону низкого давления. Когда насос работает с существенным отклонением от расчётного режима в сторону повышения давления нагнетания, расход утечек через уплотнение между рабочим колесом и корпусом возрастает (из-за увеличения перепада давления между полостями всасывания и нагнетания). Из-за высокой скорости жидкости в уплотнении возможно появление кавитационных явлений, что может привести к разрушению рабочего колеса и корпуса насоса. Как правило, в бытовых и промышленных случаях режим кавитации в рабочем колесе насоса возможен при резком падении давления в системе отопления или водоснабжения: например, при разрыве трубопровода, калорифера или радиатора. При резком падении давления в зоне рабочего колеса насоса образуется вакуум, вода при низком давлении начинает вскипать. При этом напор резко падает. Режим кавитации приводит к эрозии рабочего колеса насоса, и насос выходит из строя.

Кавитация в двигателях

Некоторые большие по размеру дизельные двигатели страдают от кавитации из-за высокого сжатия и малогабаритных стенок цилиндра. В результате в стенках цилиндра образовываются отверстия, которые приводят к тому, что охлаждающая жидкость начинает попадать в цилиндры двигателя. Предотвратить нежелательные явления возможно при помощи химических добавок в охлаждающую жидкость, которые образуют защитный слой на наружных (внешних) стенках гильзового типа цилиндра . Этот слой будет подвержен той же кавитации, но он может самостоятельно восстанавливаться.

Предотвращение последствий

Наилучшим методом предотвращения вредных последствий кавитации для деталей машин считается изменение их конструкции таким образом, чтобы предотвратить образование полостей либо предотвратить разрушение этих полостей возле поверхности детали. При невозможности изменения конструкции могут применяться защитные покрытия, например, газотермическое напыление сплавов на основе кобальта.

В системах гидропривода часто используют системы подпитки. Они, упрощённо говоря, представляют собой дополнительный насос, жидкость от которого начинает поступать через специальный клапан в гидросистему, когда в последней давление падает ниже допустимого значения. Если давление в гидросистеме не опускается ниже допустимого, жидкость от дополнительного насоса идёт на слив в бак. Системы подпитки установлены, например, во многих экскаваторах.

Другие области применения

Кавитация применяется для стабилизации игольчатых пуль подводных боеприпасов (например, боеприпасы автомата АПС или патроны 5.54×39 ПСП для автомата АДС), для увеличения скорости торпед (Шквал и Барракуда).

Кавитация может быть использована для измельчения разных материалов (в том числе руд). Для этих процессов выпускается промышленное оборудование[3], в котором кавитацию получают при помощи силового ультразвука.

Число кавитации

Кавитационное течение характеризуют безразмерным параметром (числом кавитации):

X=2(P−Ps)ρV2{\displaystyle \mathrm {X} ={\frac {2(P-P_{s})}{\rho V^{2}}}}, где

P{\displaystyle P} — гидростатическое давление набегающего потока, Па;
Ps{\displaystyle P_{s}} — давление насыщенных паров жидкости при определенной температуре окружающей среды, Па;
ρ{\displaystyle \rho } — плотность среды, кг/м³;
V{\displaystyle V} — скорость потока на входе в систему, м/с.

Известно, что кавитация возникает при достижении потоком граничной скорости V=Vc{\displaystyle V=V_{c}}, когда давление в потоке становится равным давлению парообразования (насыщенных паров). Этой скорости соответствует граничное значение критерия кавитации.

В зависимости от величины X{\displaystyle \mathrm {X} } можно различать четыре вида потоков:

  • докавитационный — сплошной (однофазный) поток при X>1{\displaystyle \mathrm {X} >1},
  • кавитационный — (двухфазный) поток при X≈1{\displaystyle \mathrm {X} \approx 1},
  • пленочный — с устойчивым отделением кавитационной полости от остального сплошного потока (пленочная кавитация) при X<1{\displaystyle \mathrm {X} <1},
  • суперкавитационный — при X≪1{\displaystyle \mathrm {X} \ll 1}.

Измерение

Уровень кавитации измеряют (как правило в относительных единицах) с помощью приборов, называемых кавитометрами[4].

См. также

Литература

  • Биркгоф Г., Сарантонелло Э. Струи, следы и каверны. пер. с англ. М.: Мир, 1964. 466с.
  • Корнфельд М. Упругость и прочность жидкостей. М.: ГИТТЛ, 1951. 200с.
  • Кнэпп Р., Дейли Дж., Хэммит Ф. Кавитация. М.: Мир, 1974. 678 с.
  • Акуличев В. А. Кавитация в криогенных и кипящих жидкостях. М.: Наука, 1978. 280c.
  • Левковский Ю. Л. Структура кавитационных течений. Л.: Судостроение, 1977. 222с.
  • Иванов А. Н. Гидродинамика развитых кавитационных течений. Л.: Судостроение, 1980. 237с.
  • Пирсол И. Кавитация / Пер. с англ. Ю. Ф. Журавлёва; Под ред., с предисл. и доп. Л. А. Эпштейна.. — М.: Мир, 1975. — 96 с. — (В мире науки и техники). (обл.)
  • Перник А. Д. Проблемы кавитации. 2-ое изд. Л.: Судостроение, 1966. 435 с.
  • Рождественский В. В. Кавитация. Л.: Судостроение, 1977. 248c.
  • Федоткин И. М., Гулый И. С. Кавитация, кавитационная техника и технология, их использование в промышленности (теория, расчёты и конструкции кавитационных аппаратов). Ч.1. — К.: Полиграфкнига, 1997. — 940 с.

Примечания

Ссылки

Кавитация — Википедия

Кавитационный след гребного винта

Кавита́ция (от лат. cavita — пустота) — процесс образования и последующего схлопывания пузырьков вакуума в потоке жидкости, сопровождающийся шумом и гидравлическими ударами, образование в жидкости полостей (кавитационных пузырьков, или пустот), которые могут содержать разреженный пар. Кавитация возникает в результате местного понижения давления в жидкости, которое может происходить либо при увеличении её скорости (гидродинамическая кавитация), либо при прохождении акустической волны большой интенсивности во время полупериода разрежения (акустическая кавитация), существуют и другие причины возникновения эффекта. Перемещаясь с потоком в область с более высоким давлением или во время полупериода сжатия, кавитационный пузырёк схлопывается, излучая при этом ударную волну. В своей основе кавитация имеет тот же механизм действия, что и ударная волна в воздухе возникающая в момент преодоления твердым телом звукового барьера.

Явление кавитации носит локальный характер и возникает только там, где есть условия. Перемещаться в среде возникновения не может. Кавитация разрушает поверхность гребных винтов, гидротурбин, акустических излучателей, деталей амортизаторов, гидромуфт и др. Кавитация также приносит пользу — её применяют в промышленности, медицине, военной технике и других смежных областях.

Обзор

Согласно определению Кристофера Бреннена: «Когда жидкость подвергается давлению ниже порогового (напряжению растяжения), тогда целостность её потока нарушается, и образуются парообразные полости. Это явление называется кавитацией. Когда местное давление жидкости в некоторой точке падает ниже величины, соответствующей давлению насыщения при данной окружающей температуре, тогда жидкость переходит в другое состояние, образуя, в основном, фазовые пустоты, которые называются кавитационными пузырями. Возможно и другое образование кавитационных пузырей путём местной подачи энергии. Это может быть достигнуто фокусировкой интенсивного лазерного импульса (оптическая кавитация) или искрой электрического разряда».

Во многих источниках физика этого явления объясняется следующим образом. Физический процесс кавитации близок процессу закипания жидкости. Основное различие между ними заключено в том, что при закипании изменение фазового состояния жидкости происходит при среднем по объёму жидкости давлении равном давлению насыщенного пара, тогда как при кавитации среднее давление жидкости выше давления насыщенного пара, а падение давления носит локальный характер.

Однако более поздние исследования показали, что ведущую роль в образовании пузырьков при кавитации играют газы, выделяющиеся внутрь образовывающихся пузырьков. Эти газы всегда содержатся в жидкости, и при местном снижении давления начинают интенсивно выделяться внутрь указанных пузырьков.

Поскольку под воздействием переменного местного давления жидкости пузырьки могут резко сжиматься и расширяться, то температура газа внутри пузырьков колеблется в широких пределах, и может достигать нескольких сот градусов по Цельсию. Имеются расчётные данные, что температура внутри пузырьков может достигать 1500 °C[1]. Следует также учитывать, что в растворённых в жидкости газах содержится больше кислорода в процентном отношении, чем в воздухе, и поэтому газы в пузырьках при кавитации химически более агрессивны, чем атмосферный воздух — вызывают в итоге окисление (вступление в реакцию) многих обычно инертных материалов.

Видео по теме

Вредные последствия

Повреждения, наносимые эффектом кавитации (часть насоса) Кавитационные повреждения гребного винта

Химическая агрессивность газов в пузырьках, имеющих к тому же высокую температуру, вызывает эрозию материалов, с которыми соприкасается жидкость, в которой развивается кавитация. Эта эрозия и составляет один из факторов вредного воздействия кавитации. Второй фактор обусловлен большими забросами давления, возникающими при схлопывании пузырьков и воздействующими на поверхности указанных материалов.

Кавитационная эрозия металлов вызывает разрушение гребных винтов судов, рабочих органов насосов, гидротурбин и т. п., кавитация также является причиной шума, вибрации и снижения эффективности работы гидроагрегатов.

Схлопывание кавитационных пузырей приводит к тому, что энергия окружающей жидкости сосредотачивается в очень небольших объёмах. Тем самым, образуются места повышенной температуры и возникают ударные волны, которые являются источниками шума и приводят к эрозии металла. Шум, создаваемый кавитацией, является особой проблемой на подводных лодках, так как снижает их скрытность. Эксперименты показали, что вредному, разрушительному воздействию кавитации подвергаются даже химически инертные к кислороду вещества (золото, стекло и др.), хотя и намного более медленному. Это доказывает, что помимо фактора химической агрессивности газов, находящихся в пузырьках, важным является также фактор забросов давления, возникающих при схлопывании пузырьков. Кавитация ведёт к большому износу рабочих органов и может значительно сократить срок службы винта и насоса. В метрологии, при использовании ультразвуковых расходомеров, кавитационные пузыри модулируют волны в широком спектре, в том числе и на частотах излучаемых расходомером, что приводит к искажению его показаний.

Полезное применение

Хотя кавитация нежелательна во многих случаях, есть исключения. Например, сверхкавитационные торпеды, используемые военными, обволакиваются в большие кавитационные пузыри. Существенно уменьшая контакт с водой, эти торпеды могут передвигаться значительно быстрее, чем обыкновенные торпеды. Так сверхкавитационная торпеда «Шквал», в зависимости от плотности водной среды, развивает скорость до 370 км/ч.

Кавитация используется при ультразвуковой очистке поверхностей твёрдых тел. Специальные устройства создают кавитацию, используя звуковые волны в жидкости. Кавитационные пузыри, схлопываясь, порождают ударные волны, которые разрушают частицы загрязнений или отделяют их от поверхности. Таким образом, снижается потребность в опасных и вредных для здоровья чистящих веществах во многих промышленных и коммерческих процессах, где требуется очистка как этап производства.

В промышленности кавитация часто используется для гомогенизации (смешивания) и отсадки взвешенных частиц в коллоидном жидкостном составе, например, смеси красок или молоке. Многие промышленные смесители основаны на этом принципе. Обычно это достигается благодаря конструкции гидротурбин или путём пропускания смеси через кольцевидное отверстие, которое имеет узкий вход и значительно больший по размеру выход: вынужденное уменьшение давления приводит к кавитации, поскольку жидкость стремится в сторону большего объёма. Этот метод может управляться гидравлическими устройствами, которые контролируют размер входного отверстия, что позволяет регулировать процесс работы в различных средах. Внешняя сторона смесительных клапанов, по которой кавитационные пузыри перемещаются в противоположную сторону, чтобы вызвать имплозию (внутренний взрыв), подвергается огромному давлению и часто выполняется из сверхпрочных или жестких материалов, например, из нержавеющей стали, стеллита или даже поликристаллического алмаза (PCD).

Кавитацию используют для обработки топлива. Во время обработки топливо дополнительно очищается (при проведении химического анализа сразу обнаруживается существенное уменьшение количества фактических смол)[2], и перераспределяется соотношение фракций (в сторону более лёгких). Эти изменения, если топливо сразу поступает к потребителю, повышают его качество и калорийность, как следствие, достигается более полное сгорание и уменьшение массовой доли загрязняющих веществ. Сейчас до сих пор проходят исследования по влиянию кавитации на топливо. Их проводят частные компании и институты, например Российский государственный университет нефти и газа им. И. М. Губкина.

Также были разработаны кавитационные водные устройства очистки, в которых граничные условия кавитации могут уничтожить загрязняющие вещества и органические молекулы. Спектральный анализ света, испускаемого в результате сонохимической реакции, показывает химические и плазменные базовые механизмы энергетической передачи. Свет, испускаемый кавитационными пузырями, называется сонолюминесценцией.

Кавитационные процессы имеют высокую разрушительную силу, которую используют для дробления твёрдых веществ, которые находятся в жидкости. Одним из применений таких процессов является измельчение твёрдых включений в тяжёлые топлива, что используется для обработки котельного топлива с целью увеличения калорийности его горения.

Кавитационные устройства снижают вязкость углеводородного топлива, что позволяет снизить необходимый нагрев и увеличить дисперсность распыления топлива.

Кавитационные устройства используются для создания водно-мазутных и водно-топливных эмульсий и смесей, которые часто используются для повышения эффективности горения или утилизации обводнённых видов топлива.

Применение в биомедицине

Кавитация играет важную роль для уничтожения камней в почках и мочеточнике посредством ударной волны литотрипсии. Литотриптор — прибор, предназначенный для разрушения камней в мочеполовом тракте без открытого хирургического вмешательства.

В настоящее время исследованиями показано, что кавитация также может быть использована для перемещения макромолекул внутрь биологических клеток (сонопорация).

Кавитация, создаваемая прохождением ультразвука в жидкостной среде, используется в работе хирургических инструментов для бескровного иссечения тканей плотных органов (см. CUSA).

Кавитация также применяется в стоматологии при ультразвуковой чистке зубов, разрушая зубной камень и пигментированный налёт («налёт курильщика»), а также косметологии.

Кавитация применяется для лечения ожирения. При помощи специального ультразвукового устройства происходит разрушение жировых клеток в подкожной жировой клетчатке[источник не указан 17 дней].

Эффект кавитации также применяется и в других областях медицины[каких?].

Лопастные насосы и винты судов

В местах контакта жидкости с быстро движущимися твёрдыми объектами (рабочие органы насосов, турбин, гребные винты судов, подводные крылья и т. д.) происходит локальное изменение давления. Если давление в какой-то точке падает ниже давления насыщенного пара, происходит нарушение целостности среды. Или, проще говоря, жидкость закипает. Затем, когда жидкость попадает в область с более высоким давлением, происходит «схлопывание» пузырьков пара, что сопровождается шумом, а также появлением микроскопических областей с очень высоким давлением (при соударении стенок пузырьков). Это приводит к разрушению поверхности твёрдых объектов. Их как бы «разъедает». Если зона пониженного давления оказывается достаточно обширной, возникает кавитационная каверна — полость, заполненная паром. В результате нормальная работа лопастей нарушается и возможен даже полный срыв работы насоса. Любопытно, но есть примеры, когда кавитационная каверна специально закладывается при расчёте насоса. В тех случаях, когда избежать кавитации невозможно, такое решение позволяет избежать разрушительного влияния кавитации на рабочие органы насоса. Режим, при котором наблюдается устойчивая кавитационная каверна, называют «режимом суперкавитации».

Лопастные насосы. Кавитация на стороне всасывания

Как правило, зона кавитации наблюдается вблизи зоны всасывания, где жидкость встречается с лопастями насоса. Вероятность возникновения кавитации тем выше,

  • чем ниже давление на входе в насос;
  • чем выше скорость движения рабочих органов относительно жидкости;
  • чем более неравномерно обтекание жидкостью твёрдого тела (высокий угол атаки лопасти, наличие изломов, неровностей поверхности и т. п.)

Центробежные насосы. Кавитация в уплотнении рабочего колеса

У классических центробежных насосов часть жидкости из области высокого давления проходит через щель между рабочим колесом и корпусом насоса в зону низкого давления. Когда насос работает с существенным отклонением от расчётного режима в сторону повышения давления нагнетания, расход утечек через уплотнение между рабочим колесом и корпусом возрастает (из-за увеличения перепада давления между полостями всасывания и нагнетания). Из-за высокой скорости жидкости в уплотнении возможно появление кавитационных явлений, что может привести к разрушению рабочего колеса и корпуса насоса. Как правило, в бытовых и промышленных случаях режим кавитации в рабочем колесе насоса возможен при резком падении давления в системе отопления или водоснабжения: например, при разрыве трубопровода, калорифера или радиатора. При резком падении давления в зоне рабочего колеса насоса образуется вакуум, вода при низком давлении начинает вскипать. При этом напор резко падает. Режим кавитации приводит к эрозии рабочего колеса насоса, и насос выходит из строя.

Кавитация в двигателях

Некоторые большие по размеру дизельные двигатели страдают от кавитации из-за высокого сжатия и малогабаритных стенок цилиндра. В результате в стенках цилиндра образовываются отверстия, которые приводят к тому, что охлаждающая жидкость начинает попадать в цилиндры двигателя. Предотвратить нежелательные явления возможно при помощи химических добавок в охлаждающую жидкость, которые образуют защитный слой на наружных (внешних) стенках гильзового типа цилиндра . Этот слой будет подвержен той же кавитации, но он может самостоятельно восстанавливаться.

Предотвращение последствий

Наилучшим методом предотвращения вредных последствий кавитации для деталей машин считается изменение их конструкции таким образом, чтобы предотвратить образование полостей либо предотвратить разрушение этих полостей возле поверхности детали. При невозможности изменения конструкции могут применяться защитные покрытия, например, газотермическое напыление сплавов на основе кобальта.

В системах гидропривода часто используют системы подпитки. Они, упрощённо говоря, представляют собой дополнительный насос, жидкость от которого начинает поступать через специальный клапан в гидросистему, когда в последней давление падает ниже допустимого значения. Если давление в гидросистеме не опускается ниже допустимого, жидкость от дополнительного насоса идёт на слив в бак. Системы подпитки установлены, например, во многих экскаваторах.

Другие области применения

Кавитация применяется для стабилизации игольчатых пуль подводных боеприпасов (например, боеприпасы автомата АПС или патроны 5.54×39 ПСП для автомата АДС), для увеличения скорости торпед (Шквал и Барракуда).

Кавитация может быть использована для измельчения разных материалов (в том числе руд). Для этих процессов выпускается промышленное оборудование[3], в котором кавитацию получают при помощи силового ультразвука.

Число кавитации

Кавитационное течение характеризуют безразмерным параметром (числом кавитации):

X=2(P−Ps)ρV2{\displaystyle \mathrm {X} ={\frac {2(P-P_{s})}{\rho V^{2}}}}, где

P{\displaystyle P} — гидростатическое давление набегающего потока, Па;
Ps{\displaystyle P_{s}} — давление насыщенных паров жидкости при определенной температуре окружающей среды, Па;
ρ{\displaystyle \rho } — плотность среды, кг/м³;
V{\displaystyle V} — скорость потока на входе в систему, м/с.

Известно, что кавитация возникает при достижении потоком граничной скорости V=Vc{\displaystyle V=V_{c}}, когда давление в потоке становится равным давлению парообразования (насыщенных паров). Этой скорости соответствует граничное значение критерия кавитации.

В зависимости от величины X{\displaystyle \mathrm {X} } можно различать четыре вида потоков:

  • докавитационный — сплошной (однофазный) поток при X>1{\displaystyle \mathrm {X} >1},
  • кавитационный — (двухфазный) поток при X≈1{\displaystyle \mathrm {X} \approx 1},
  • пленочный — с устойчивым отделением кавитационной полости от остального сплошного потока (пленочная кавитация) при X<1{\displaystyle \mathrm {X} <1},
  • суперкавитационный — при X≪1{\displaystyle \mathrm {X} \ll 1}.

Измерение

Уровень кавитации измеряют (как правило в относительных единицах) с помощью приборов, называемых кавитометрами[4].

См. также

Литература

  • Биркгоф Г., Сарантонелло Э. Струи, следы и каверны. пер. с англ. М.: Мир, 1964. 466с.
  • Корнфельд М. Упругость и прочность жидкостей. М.: ГИТТЛ, 1951. 200с.
  • Кнэпп Р., Дейли Дж., Хэммит Ф. Кавитация. М.: Мир, 1974. 678 с.
  • Акуличев В. А. Кавитация в криогенных и кипящих жидкостях. М.: Наука, 1978. 280c.
  • Левковский Ю. Л. Структура кавитационных течений. Л.: Судостроение, 1977. 222с.
  • Иванов А. Н. Гидродинамика развитых кавитационных течений. Л.: Судостроение, 1980. 237с.
  • Пирсол И. Кавитация / Пер. с англ. Ю. Ф. Журавлёва; Под ред., с предисл. и доп. Л. А. Эпштейна.. — М.: Мир, 1975. — 96 с. — (В мире науки и техники). (обл.)
  • Перник А. Д. Проблемы кавитации. 2-ое изд. Л.: Судостроение, 1966. 435 с.
  • Рождественский В. В. Кавитация. Л.: Судостроение, 1977. 248c.
  • Федоткин И. М., Гулый И. С. Кавитация, кавитационная техника и технология, их использование в промышленности (теория, расчёты и конструкции кавитационных аппаратов). Ч.1. — К.: Полиграфкнига, 1997. — 940 с.

Примечания

Ссылки

Кавитация Википедия

Кавитационный след гребного винта

Кавита́ция (от лат. cavitas — пустота) — физический процесс образования пузырьков (каверн) в жидких средах, с последующим их схлопыванием и высвобождением большого количества энергии (ударная волна), возникающий в результате внешних физических воздействий.

Кавитация – это процесс образования в жидкости полостей (кавитационных пузырьков), заполненных газом и/или паром.[1]

Примеры:

– кипение воды в чайнике;

– бурление пузырьков шампанского после вскрытия бутылки

– встряхивании бутылки с подсолнечным маслом, когда в жидкости появляются полые пузырьки и начинается «кавитационный круговорот».[2]

Кавитация – процесс образования и последующего схлопывания пузырьков в потоке жидкости, сопровождающийся шумом и гидравлическими ударами, образование в жидкости полостей (кавитационных пузырьков, или пустот), которые могут содержать разреженный пар. Кавитация возникает в результате местного понижения давления в жидкости, которое может происходить либо при увеличении её скорости (гидродинамическая кавитация), либо при прохождении акустической волны большой интенсивности во время полупериода разрежения (акустическая кавитация), существуют и другие причины возникновения эффекта. Перемещаясь с потоком в область с более высоким давлением или во время полупериода сжатия, кавитационный пузырёк схлопывается, излучая при этом ударную волну. В своей основе кавитация имеет тот же механизм действия, что и ударная волна в воздухе, возникающая в момент преодоления твердым телом звукового барьера.

Явление кавитации носит локальный характер и возникает только там, где есть условия. Перемещаться в среде возникновения не может. Кавитация разрушает поверхность гребных винтов, гидротурбин, акустических излучателей, деталей амортизаторов, гидромуфт и др. Кавитация также приносит пользу — её применяют в промышленности, медицине, военной технике и других смежных областях.

Обзор

Согласно определению Кристофера Бреннена: «Когда жидкость подвергается давлению ниже порогового (напряжению растяжения), тогда целостность её потока нарушается, и образуются парообразные полости. Это явление называется кавитацией. Когда местное давление жидкости в некоторой точке падает ниже величины, соответствующей давлению насыщения при данной окружающей температуре, тогда жидкость переходит в другое состояние, образуя, в основном, фазовые пустоты, которые называются кавитационными пузырями. Возможно и другое образование кавитационных пузырей путём местной подачи энергии. Это может быть достигнуто фокусировкой интенсивного лазерного импульса (оптическая кавитация) или искрой электрического разряда».

Во многих источниках физика этого явления объясняется следующим образом. Физический процесс кавитации близок процессу закипания жидкости. Основное различие между ними заключено в том, что при закипании изменение фазового состояния жидкости происходит при среднем по объёму жидкости давлении равном давлению насыщенного пара, тогда как при кавитации среднее давление жидкости выше давления насыщенного пара, а падение давления носит локальный характер.

Однако более поздние исследования показали, что ведущую роль в образовании пузырьков при кавитации играют газы, выделяющиеся внутрь образовывающихся пузырьков. Эти газы всегда содержатся в жидкости, и при местном снижении давления начинают интенсивно выделяться внутрь указанных пузырьков.

Поскольку под воздействием переменного местного давления жидкости пузырьки могут резко сжиматься и расширяться, то температура газа внутри пузырьков колеблется в широких пределах, и может достигать нескольких сот градусов по Цельсию. Имеются расчётные данные, что температура внутри пузырьков может достигать 1500 °C[3]. Следует также учитывать, что в растворённых в жидкости газах содержится больше кислорода в процентном отношении, чем в воздухе, и поэтому газы в пузырьках при кавитации химически более агрессивны, чем атмосферный воздух — вызывают в итоге окисление (вступление в реакцию) многих обычно инертных материалов.

Классификация

Кавитация бывает:[4]

  • Гидродинамической – возникает в результате понижения давления в жидкости, которое может быть вызвано увеличением скорости ее движения.(Например, за гребным винтом судна.)
  • Акустической – возникает при прохождении акустической волны большой интенсивности через жидкость (в эстетической медицине используется именно этот вид кавитации). Наиболее наглядно принцип кавитации можно наблюдать при кипячении воды или встряхивании бутылки с подсолнечным маслом, когда в жидкости появляются полые пузырьки и начинается «кавитационный круговорот».

Кавитационный пузырек может перемещаться из области с низким давлением в область с высоким давлением, при этом меняя свои размеры. Он может пройти несколько периодов увеличения и уменьшения. Перемещаясь с потоком в область с более высоким давлением, кавитационный пузырек может разрываться, выделяя при этом большое количество энергии, способной воздействовать на любую материю. На жировую ткань, в частности, кавитация оказывает «разжижающий» эффект.

Вредные последствия

что такое в Физической энциклопедии

Смотреть что такое КАВИТАЦИЯ в других словарях:

КАВИТАЦИЯ

Cavitation — Кавитация. Образование в жидкости полостей или пузырьков, заполненных паром или газом или их смесью. Кавитация происходит из-за падения с

КАВИТАЦИЯ

образование на лопастях быстро-вращающегося винта в водной среде разрежённых полостей, заполненных воздухом (кавитаци-онные пузырьки), которые вызывают

КАВИТАЦИЯ

кавита’ция, кавита’ции, кавита’ции, кавита’ций, кавита’ции, кавита’циям, кавита’цию, кавита’ции, кавита’цией, кавита’циею, кавита’циями, кавита’ции, ка

КАВИТАЦИЯ

(от лат. cavitas — пустота)        образование в капельной жидкости полостей, заполненных газом, паром или их смесью (так называемых кавитационных пузы

КАВИТАЦИЯ

Impingement attack — Кавитация. Коррозия, связанная с турбулентным течением жидкости. Может быть ускорена погруженными газовыми пузырьками. (Источник

КАВИТАЦИЯ

Итак Икт Вятка Вица Витя Вития Вита Вит Вика Ватка Вата Вакация Вакат Кава Кавитация Вак Ваия Катя Ква Квит Акт Кит Аки Цата Цик Авиатик Авиа Ява Явка

КАВИТАЦИЯ

КАВИТАЦИЯобразование газовых пузырьков в жидкости. Термин был введен ок. 1894 британским инженером Р.Фрудом. Если давление в какой-либо точке жидкости

КАВИТАЦИЯ

ж.cavitation- акустическая кавитация- вихревая кавитация- газовая кавитация- гидродинамическая кавитация- искусственная кавитация- паровая кавитация- п

КАВИТАЦИЯ

cavitation* * *кавита́ция ж.cavitationкавита́ция вызыва́ет изъявле́ние [эро́зию] мета́лла — cavitation causes pittingкавита́ция охва́тывает значи́тель

КАВИТАЦИЯ

cavitation– акустическая кавитация– кавитация акустическая– паровая кавитация– пленочная кавитация– пузырчатая кавитацияСинонимы: суперкавитация

КАВИТАЦИЯ

Ударение в слове: кавит`ацияУдарение падает на букву: аБезударные гласные в слове: кавит`ация

КАВИТАЦИЯ

• кавитация f english: cavitatipn deutsch: Kavitation f français: cavitation f Синонимы: суперкавитация

КАВИТАЦИЯ

(1 ж), Р., Д., Пр. кавита/цииСинонимы: суперкавитация

КАВИТАЦИЯ

кавитация ж. Образование в быстро движущейся жидкости пузырьков, заполненных газом, паром или их смесью, ведущее к разъеданию металлических частей судо

КАВИТАЦИЯ

ж. cavitazione f – акустическая кавитация- кавитация винта- вызванная ультразвуком кавитация- гидродинамическая кавитация

КАВИТАЦИЯ

(образования пустот в движущейся жидкости) cavitation

КАВИТАЦИЯ

1) Орфографическая запись слова: кавитация2) Ударение в слове: кавит`ация3) Деление слова на слоги (перенос слова): кавитация4) Фонетическая транскрипц

КАВИТАЦИЯ

КАВИТАЦИЯ (от лат . cavitas – пустота), образование в жидкости полостей (кавитационных пузырьков, или каверн), заполненных газом, паром или их смесью.

КАВИТАЦИЯ

кавитация [< лат. cavitas (cavitatis) углубление, полость] – образование пузырьков, заполненных газом, паром или их смесью, в результате уменьшения дав

КАВИТАЦИЯ

(от лат. cavitas – пустота) – нарушение сплошности внутри жидкости, т. е. образование в капельной жидкости полостей, заполн. газом, паром или их смесью

КАВИТАЦИЯ

[cavi-tation] (лат. cavitas — пустота) — образование в капельной жидкости полостей, заполненных газом, паром или их смесью (так называемых кавитационны

КАВИТАЦИЯ

физ. кавіта́ція – ультразвуковая кавитация Синонимы: суперкавитация

КАВИТАЦИЯ

КАВИТАЦИЯ (от лат. cavitas – пустота) – образование в жидкости полостей (кавитационных пузырьков, или каверн), заполненных газом, паром или их смесью.

КАВИТАЦИЯ

(от лат. cavitas – пустота), образование в жидкости полостей, заполненных газом, паром или их смесью (т.н. кавитационных пузырьков или каверн), в рез-т

КАВИТАЦИЯ

Начальная форма – Кавитация, единственное число, женский род, именительный падеж, неодушевленное

КАВИТАЦИЯ

кавитация сущ., кол-во синонимов: 2 • суперкавитация (1) • фотокавитация (2) Словарь синонимов ASIS.В.Н. Тришин.2013. . Синонимы: суперкавитация

КАВИТАЦИЯ

кавита́ция (лат. cavitas (cavitatis) углубление, полость) образование пузырьков, заполненных газом, паром или их смесью, в результате уменьшения давле

КАВИТАЦИЯ

КАВИТАЦИЯ ж. Образование в быстро движущейся жидкости пузырьков, заполненных газом, паром или их смесью, ведущее к разъеданию металлических частей судо

КАВИТАЦИЯ

〔名词〕 空化空穴现象涡空作用气穴Синонимы: суперкавитация

КАВИТАЦИЯ

кавітацыя, -цыі- кавитация акустическая

КАВИТАЦИЯ

кавитация, сұйықтың іштен көпіршектенуі

КАВИТАЦИЯ

кавита́ция, кавита́ции, кавита́ции, кавита́ций, кавита́ции, кавита́циям, кавита́цию, кавита́ции, кавита́цией, кавита́циею, кавита́циями, кав

КАВИТАЦИЯ

КАВИТАЦИЯ (Cavitation) — явление образования движущимся телом незаполненного водой пространства в виде борозды; может иметь место при значительных ско

КАВИТАЦИЯ

-и, ж. спец. Образование в капельной жидкости внутренних разрывов (полостей) и последующее быстрое, подобное взрыву, их исчезновение.[От лат. cavitas

КАВИТАЦИЯ

(от лат. cavitas – пустота), образование в жидкости полостей (кавитац. пузырьков, или каверн), заполненных газом, паром или их смесью. К. возникает в р

КАВИТАЦИЯ АКУСТИЧЕСКАЯ

При излучении в жидкость интенсивной звук. волны с амплитудой звукового давления, превосходящей нек-рую пороговую величину, во время полупериод

КАВИТАЦИЯ ГРЕБНОГО ВИНТА

возникновение кавитационных каверн на лопастях гребного винта, приводящих к изменению его гидродинамических характеристик и нередко к эрозионному разру

КАВИТАЦИЯ ГРЕБНОГО ВИНТА

КАВИТАЦИЯ ГРЕБНОГО ВИНТА — явление образования у спинок лопастей газовых мешков, состоящих из водяного пара и воздуха, при значительных скоростях вращ

КАВИТАЦИЯ (ОТ ЛАТ . CAVITAS ПУСТОТА)

КАВИТАЦИЯ (от лат . cavitas – пустота), образование в жидкости полостей (кавитационных пузырьков, или каверн), заполненных газом, паром или их смесью.

КАВИТАЦИЯ (ОТ ЛАТ. CAVITAS ПУСТОТА)

КАВИТАЦИЯ (от лат. cavitas – пустота), образование в жидкости полостей (кавитационных пузырьков, или каверн), заполненных газом, паром или их смесью. К

Кавитация — Большая советская энциклопедия

Кавита́ция

(от лат. cavitas — пустота)

образование в капельной жидкости полостей, заполненных газом, паром или их смесью (так называемых кавитационных пузырьков, или каверн). Кавитационные пузырьки образуются в тех местах, где давление в жидкости становится ниже некоторого критического значения pkp (в реальной жидкости pkp приблизительно равно давлению насыщенного пара этой жидкости при данной температуре). Если понижение давления происходит вследствие больших местных скоростей в потоке движущейся капельной жидкости. то К. называют гидродинамической,. а если вследствие прохождения акустических волн — акустической.

Гидродинамическая кавитация. Поскольку в реальной жидкости всегда присутствуют мельчайшие пузырьки газа или пара, то, двигаясь с потоком и попадая в область давления р < ркр, они теряют устойчивость и приобретают способность к неограниченному росту (рис. 1). После перехода в зону повышенного давления и исчерпания кинетической энергии расширяющейся жидкости рост пузырька прекращается и он начинает сокращаться. Если пузырёк содержит достаточно много газа, то по достижении им минимального радиуса он восстанавливается и совершает нескольких циклов затухающих колебаний, а если газа мало, то пузырёк захлопывается полностью в первом периоде жизни. Т. о., вблизи обтекаемого тела (например, в трубе с местным сужением, рис. 2) создаётся довольно четко ограниченная «кавитационная зона», заполненная движущимися пузырьками.

Сокращение кавитационного пузырька происходит с большой скоростью и сопровождается звуковым импульсом (своего рода гидравлическим ударом (См. Гидравлический удар)) тем более сильным, чем меньше газа содержит пузырёк. Если степень развития К. такова, что в случайные моменты времени возникает и захлопывается множество пузырьков, то явление сопровождается сильным шумом со сплошным спектром от нескольких сотен гц до сотен и тысяч кгц. Если кавитационная каверна замыкается вблизи от обтекаемого тела, то многократно повторяющиеся удары приводят к разрушению (к так называемой кавитационной эрозии) поверхности обтекаемого тела (лопастей гидротурбин, гребных винтов кораблей и др. гидротехнических устройств, рис. 3 и 4).

Если бы жидкость была идеально однородной, а поверхность твёрдого тела, с которым она граничит, идеально смачиваемой, то разрыв происходил бы при давлении, значительно более низком, чем давление насыщенного пара жидкости. Прочность на разрыв воды, вычисленная при учёте тепловых флуктуаций, равна 150 Мн/м2 (1500 кг/см2). Реальные жидкости менее прочны. Максимальное растяжение тщательно очищенной воды, достигнутое при растяжении воды при 10 °С, составляет 28 Мн/м2 (280 кг/см2). Обычно же разрыв возникает при давлениях, лишь немного меньших давления насыщенного пара. Низкая прочность реальных жидкостей связана с наличием в них так называемых кавитационных зародышей: плохо смачиваемых участков твёрдого тела, твёрдых частиц с трещинами, заполненными газом, микроскопических газовых пузырьков, предохраняемых от растворения мономолекулярными органическими оболочками, ионных образований, возникающих под действием космических лучей.

При данной форме обтекаемого тела К. возникает при некотором, вполне определённом для данной точки потока, значении безразмерного параметра

Кавитация. Рис. 4

где р — гидростатическое давление набегающего потока, рн давление насыщенного пара, ρ — плотность жидкости, υ скорость жидкости на достаточном отдалении от тела. Этот параметр называют «числом кавитации», служит одним из критериев подобия при моделировании гидродинамических течений. Увеличение скорости потока после начала К. вызывает быстрое возрастание числа кавитационных пузырьков, вслед за чем происходит их объединение в общую кавитационную каверну, затем течение переходит в струйное (см. Струя). При этом течение сохраняет нестационарный характер только в области замыкания каверны. Особенно быстро струйное течение организуется в случае плохо обтекаемых тел.

Если внутрь каверны, через тело, около которого возникает К., подвести атмосферный воздух или иной газ, то размеры каверны увеличиваются. При этом установится течение, которое будет соответствовать числу кавитации, образованному уже не по насыщающему давлению водяного пара рн, а по давлению газа внутри каверны pk, т. е. Кавитация. Рис. 5 . Всплывание такой кавитационной каверны будет определяться т. н. числом Фруда Кавитация. Рис. 6, где g — ускорение силы тяжести, a d — некоторый характерный линейный размер. Так как pk может быть много больше рн, то в таких условиях возможно при малых скоростях набегающего потока получать течения, соответствующие очень низким значениям χ, т. е. глубоким степеням развития К. Так, при движении тела в воде со скоростью 6—10 м/сек можно получить его обтекание, соответствующее скоростям до 100 м/сек. Кавитационные течения, получающиеся в результате подвода газа внутрь каверны, называют искусственной К.

Гидродинамическая К. может сопровождаться рядом физико-химических эффектов, например искрообразованием и люминесценцией. В ряде работ обнаружено влияние электрического тока и магнитного поля на К., возникающую при обтекании цилиндра в гидродинамической трубе.

Исследование К. и борьба с ней имеют большое значение, так как К. оказывает вредное влияние на работу гидротурбин, жидкостных насосов, гребных винтов кораблей, подводных звукоизлучателей, жидкостных систем высотных самолётов и т.д., снижает коэффициент полезного действия и приводит к разрушениям. К. может быть уменьшена при увеличении гидростатического давления, например помещением устройства на достаточной глубине по отношению к свободной поверхности жидкости, а также подбором соответствующих форм элементов конструкции, при которых вредное влияние К. уменьшается. Для уменьшения эрозии лопасти рабочих колёс изготавливают из нержавеющих сталей и шлифуют.

Экспериментальные исследования К. производятся в так называемых кавитационных трубах, представляющих собой обычные гидродинамические трубы, оборудованные системой регулирования статического давления.

Лит.: Корнфельд М., Упругость и прочность жидкостей, М. — Л., 1951; Биркгоф Г., Сарантонелло Э., Струи, следы и каверны, пер. с англ., М., 1964: Перник А. Д., Проблемы кавитации, 2 изд., Л., 1966; Ошеровский С. Х., Кавитация в генераторах, «Энергетика и электрификация», 1970, № 1.

А. Д. Перник.

Акустическая кавитация. При излучении в жидкость звука с амплитудой звукового давления, превосходящей некоторую пороговую величину, во время полупериодов разрежения возникают кавитационные пузырьки на так называемых кавитационных зародышах, которыми чаще всего являются газовые включения, содержащиеся в жидкости и на колеблющейся поверхности акустического излучателя. Поэтому кавитационный порог повышается по мере снижения содержания газа в жидкости, при увеличении гидростатического давления, после обжатия жидкости высоким (порядка 103кгс/см2 ≅ 102Мн/м2) гидростатическим давлением и при охлаждении жидкости, а кроме того, при увеличении частоты звука и при сокращении продолжительности озвучивания. Порог выше для бегущей, чем для стоячей волны. Пузырьки захлопываются во время полупериодов сжатия, создавая кратковременные (порядка 10-6сек) импульсы давления (до 103Мн/м2 ≅ 104кгс/см2 и более), способные разрушить даже весьма прочные материалы. Такое разрушение наблюдается на поверхности мощных акустических излучателей, работающих в жидкости. Давление при захлопывании кавитационных пузырьков повышается при снижении частоты звука и при повышении гидростатического давления; оно выше в жидкостях с малым давлением насыщенного пара. Захлопывание пузырьков сопровождается адиабатическим нагревом газа в пузырьках до температуры порядка 104 °С, чем, по-видимому, и вызывается свечение пузырьков при К. (т. н. звуколюминесценция). К. сопровождается ионизацией газа в пузырьках. Кавитационные пузырьки группируются, образуя кавитационную область сложной и изменчивой формы. Интенсивность К. удобно оценивать по разрушению тонкой алюминиевой фольги, в которой кавитирующие пузырьки пробивают отверстия. По количеству и расположению этих отверстий, возникающих за определённое время, можно судить об интенсивности К. и конфигурации кавитационной области.

Если жидкость насыщена газом, то газ диффундирует в пузырьки и полного захлопывания их не происходит. Всплывая, такие пузырьки уносят газ и уменьшают содержание газа в жидкости. Интенсивные колебания газонаполненных пузырьков как в свободной жидкости, так и вблизи поверхности твёрдых тел создают микропотоки жидкости.

Появление К. ограничивает возможность дальнейшего повышения интенсивности звука, излучаемого в жидкость, вследствие уменьшения её волнового сопротивления и соответствующего снижения нагрузки на излучатель (см. Импеданс акустический). Акустическая К. и связанные с ней физические явления вызывают ряд эффектов. Часть из них, например разрушение и диспергирование твёрдых тел, эмульгирование жидкостей, очистка поверхностей, деталей, обязана своим происхождением ударам при захлопывании пузырьков и микропотокам вблизи них. Другие эффекты (например, инициирование и ускорение химических реакций) связаны с ионизацией газа в пузырьках. Благодаря этим эффектам акустическая К. всё шире используется для создания новых и совершенствования известных технологических процессов. Большое число практических применений Ультразвука основано на эффекте К.

Акустическая К. имеет большое значение в биологии и медицине. Импульсы давления, возникающие в кавитационных пузырьках, обусловливают мгновенные разрывы микроорганизмов и простейших, находящихся в водной среде, подвергаемой действию ультразвука. К. используют для выделения из животных и растительных клеток ферментов, гормонов и др. биологически активных веществ.

Лит.: Бергман Л., Ультразвук и его применение в науке и технике, пер. с нем., М., 1956; Рой Н. А., Возникновение и протекание ультразвуковой кавитации, «Акустический журнал», 1957, т. 3, в. 1, с. 3; Сиротюк М. Г., Экспериментальные исследования ультразвуковой кавитации, в кн.: Физика и техника мощного ультразвука, т, 2, М., 1968; Ультразвук в гидрометаллургии, М., 1969.

Н. А. Рой.

Кавитация. Рис. 7

Рис. 2. Кавитационная зона в трубке с местным сужением.

Кавитация

Рис. 3. Участок разрушенной поверхности гребного винта.

Кавитация. Рис. 2

Рис. 1. Кавитационный пузырь на торцовой поверхности вибрирующего стержня (десятикратное увеличение).

Кавитация. Рис. 3

Рис. 4. Всасывающий патрубок насоса, выполненный из чугуна, со следами кавитационной эрозии.

Источник: Большая советская энциклопедия на Gufo.me


Значения в других словарях

  1. кавитация — орф. кавитация, -и Орфографический словарь Лопатина
  2. кавитация — Кавитация, кавитации, кавитации, кавитаций, кавитации, кавитациям, кавитацию, кавитации, кавитацией, кавитациею, кавитациями, кавитации, кавитациях Грамматический словарь Зализняка
  3. кавитация — -и, ж. спец. Образование в капельной жидкости внутренних разрывов (полостей) и последующее быстрое, подобное взрыву, их исчезновение. [От лат. cavitas — пустота] Малый академический словарь
  4. КАВИТАЦИЯ — (от лат. cavitas — пустота), образование в капельной жидкости полостей, заполненных газом, паром или их смесью (т. н. кавитац. пузырьков или каверн). Кавитац. пузырьки образуются в тех местах, где давление в жидкости становится ниже нек-рого критич. Физический энциклопедический словарь
  5. кавитация — КАВИТАЦИЯ -и; ж. [от лат. cavitas — пустота]. Спец. Образование в жидкости, вследствие резкого уменьшения давления, пузырьков, полостей, заполненных газом или паром. ◁ Кавитационный, -ая, -ое. К-ые пузырьки. Толковый словарь Кузнецова
  6. кавитация — кавитация ж. Образование в быстро движущейся жидкости пузырьков, заполненных газом, паром или их смесью, ведущее к разъеданию металлических частей судовых гребных винтов, водяных турбин и т.п. Толковый словарь Ефремовой
  7. кавитация — [< лат. cavitas (cavitatis) углубление, полость] – образование пустот в движущейся жидкости; кавитация ведёт к разъеданию металлических частей турбин, главным образом лопаток рабочего колеса, гребных винтов и др Большой словарь иностранных слов
  8. КАВИТАЦИЯ — КАВИТАЦИЯ (от лат. cavitas — пустота) — образование в жидкости полостей (кавитационных пузырьков, или каверн) — заполненных газом, паром или их смесью. Большой энциклопедический словарь
  9. кавитация — сущ., кол-во синонимов: 2 суперкавитация 1 фотокавитация 2 Словарь синонимов русского языка
Кавитация. Рис. 3

Related Posts

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

2022 © Все права защищены.