Кавитация что такое – что это такое, отзывы с фото до и после, показания и противопоказания, цена, липосакция, для похудения, видео

КАВИТАЦИЯ – это… Что такое КАВИТАЦИЯ?

где p – давление, r – плотность, а v – скорость. Индексы 0, 1 и 2 относятся к любым трем точкам на данной линии тока. Из указанного равенства следует, что при увеличении скорости понижается местное давление (пропорционально квадрату скорости). Всякая частица жидкости, движущаяся по искривленной линии тока, например, огибающей профиль (рис. 1), ускоряется и претерпевает понижение местного давления. Если давление снижается до давления насыщенного пара, то возникает кавитация. Таков механизм явления кавитации на подводных крыльях, гребных винтах, лопатках турбин и лопастях насосов.

В случае жидкости, текущей по трубе, согласно закону сохранения массы (уравнению неразрывности), скорость жидкости увеличивается в местах сужения трубы, где также возможна кавитация.

Явление кавитации совершенно одинаково и для потока, обтекающего неподвижное тело, и для среды, в которой движется тело. В обоих случаях важны лишь относительная скорость и абсолютное давление. Соотношение между давлением и скоростью, при которых происходит кавитация, дается безразмерным критерием s, который называется кавитационным коэффициентом (числом кавитации) и определяется выражением

где pv – давление насыщенного пара жидкости при данной температуре.
Типы кавитации. На рис. 2 представлена кавитация на неподвижном подводном крыле, снятая в высокоскоростной гидродинамической трубе. При определенной скорости течения воды местное давление у поверхности крыла понижается до давления водяного пара. На поверхности крыла появляются кавитационные каверны. Пузыри растут, смещаясь в направлении течения. (Поскольку пузыри образуются возле поверхности крыла, они имеют полусферическую форму.) Такой тип кавитации называется нестационарной (сбегающей) пузырьковой кавитацией. Если на поверхности имеется какой-нибудь выступ, то пузыри концентрируются на нем. Такая стационарная кавитация тоже показана на рис. 2.

Рис. 2. КАВИТАЦИЯ НА ПОДВОДНОМ КРЫЛЕ. Сбегающая и стационарная кавитация на крыле, установленном в высокоскоростной гидродинамической трубе.
Кавитация может происходить в зоне вихрей, образующихся в местах повышенного сдвига и пониженного давления. Вихревая кавитация часто наблюдается на передней кромке подводных крыльев, на передних кромках лопастей и позади ступицы гребного винта. Возможно одновременное возникновение разных типов кавитации. На рис. 3 представлен морской гребной винт с вихревой кавитацией на передних кромках лопастей, стационарными кавитационными кавернами на поверхности лопастей и присоединенной вихревой кавитацией позади ступицы. Кавитация в жидкости, вызываемая звуковой волной, называется акустической.

Рис. 3. КАВИТАЦИЯ НА ГРЕБНОМ ВИНТЕ: вихревая на кромке лопасти (справа), вихревая на ступице (слева) и пузырьковая на лопасти (посередине).
Кавитация и техника. Скорость течения обычно сильно снижается у задней кромки профиля. Здесь давление становится выше давления пара. Как только условия, благоприятные для кавитации, исчезают, пузырьки тут же схлопываются. Энергия, высвобождающаяся при схлопывании пузырей, весьма значительна.
Эрозия. Большая энергия, рассеиваемая при схлопывании кавитационных пузырей, может приводить к повреждению поверхностей подводных конструкций, гребных винтов, турбин, насосов и даже узлов ядерных реакторов. Масштабы такого явления, называемого гидравлической эрозией, могут быть разными – от точечной поверхностной эрозии после многих лет эксплуатации до катастрофического выхода из строя больших конструкций.
Вибрация. Кавитация на гребных винтах может вызывать периодические колебания давления, действующего на корпус судна и силовые установки. Кавитационная вибрация судна создает дискомфортные условия для пассажиров и команды.
КПД и скорость. Кавитация может существенно увеличивать гидродинамическое сопротивление, в результате чего снижается коэффициент полезного действия гидравлического оборудования. Чрезмерная кавитация на гребном винте может уменьшить его тягу и ограничить максимальную скорость судна; кавитация может также быть причиной снижения производительности турбины или насоса и даже срыва его работы.
Шум. Некоторая часть энергии, высвобождающейся при схлопывании кавитационных пузырей, преобразуется в звуковые волны. Такой шум особенно нежелателен на военно-морских судах, поскольку повышает вероятность их обнаружения. Как правило, кавитация нежелательна (в морской и турбонасосной технике). Но в некоторых случаях ее вызывают намеренно. Примером может служить кавитационный гидромонитор. Большая энергия, высвобождающаяся при схлопывании кавитационных пузырей в водяной струе, используется для бурения (за счет эрозии) горных пород и для обработки поверхностей.
Биологическое действие. При ультразвуковом медицинском обследовании в биологических тканях могут возникать и расти кавитационные пузырьки. При наличии кавитации ультразвук большой интенсивности может вызвать повреждение тканей.
См. также
ГИДРОАЭРОМЕХАНИКА;
ГИДРОЛОКАТОР;
УЛЬТРАЗВУК.
ЛИТЕРАТУРА
Кнэпп Р., Дейли Дж., Хэммит Ф. Кавитация. М., 1974 Акуличев В.А. Кавитация в криогенных и кипящих жидкостях. М., 1978 Левковский Ю.Л. Структура кавитационных течений. Л., 1978 Иванов А.Н. Гиродинамика развитых кавитационных течений. Л., 1980

Энциклопедия Кольера. — Открытое общество. 2000.

что это такое, противопоказания, отзывы

Каждая женщина желает быть красивой и стройной. Для борьбы с лишним весом и несовершенствами фигуры многие используют диеты и физические упражнения. Однако иногда они не приносят желаемого результата. Именно в таких случаях можно воспользоваться достижениями современной медицины.

Для улучшения фигуры широко применяется метод кавитации. Он позволяет уменьшить объемы, избавиться от лишних килограммов и убрать дефекты кожи.

Что такое кавитация

Процедура кавитации представляет собой воздействие специальным аппаратом на проблемные зоны. За счет действия низкочастотного ультразвука в жировых тканях происходит процесс кавитации, то есть образование множества пузырьков жидкости. Жировая ткань в основном состоит из жидкости, поэтому когда пузырьки лопаются, происходит разрушение жировой ткани. В результате этого лишние объемы и килограммы уходят. Кожа становится более гладкой и подтянутой, исчезает целлюлит. В результате этого процесса не разрушается мышечная ткань, только жировая.

Существуют следующие разновидности кавитации:

• гидродинамическая – применяется в промышленной сфере. Происходит, например, при снижении давления жидкости в трубах из-за ускорении ее движения.
• акустическая – образуется в результате прохождения акустической волны через жидкость. Именно этот вид применяется в эстетической косметологии. Ее также называют ультразвуковой кавитацией. Она похожа на обычное ультразвуковое исследование.

Польза, преимущества и вред

Польза от применения кавитации огромна. На сегодняшний день она является одной из самых популярных и эффективных методик для похудения. По своей результативности она сравнима с липосакцией, но имеет перед ней ряд преимуществ. Кроме этого, с ее помощью возможно исправление некачественно проведенной операции липосакции.

Эта процедура помогает не только убрать жир в проблемных местах, но также избавиться от целлюлита. Эффект кавитации виден уже через 3–4 процедуры. За один сеанс может уйти до 15 кубических сантиметров жира, что равняется примерно 3–4 сантиметрам в талии.

К неоспоримым преимуществам этого метода относят:

• гарантированное избавление от жира в проблемных зонах;
• улучшение состояния кожи, повышение ее эластичности;
• отсутствие реабилитационного периода;
• отсутствие гематом;
• отсутствие повреждений кожи;
• сохранение чувствительности.

Многочисленные исследования показали, что метод кавитации достаточно безопасен и не имеет побочных эффектов. Исключением может стать индивидуальная непереносимость ультразвука или обострение хронических заболеваний. Но всего этого можно избежать при качественном сборе информации на подготовительном этапе.

Показания и противопоказания к кавитации

Показанием к проведению процедуры являются:

• жировые отложения в проблемных зонах;
• дефекты после проведенной липосакции;

• выраженный целлюлит;
• жировики.

Категорическим противопоказанием к кавитации служат:

• беременность;
• остеопороз;
• сахарный диабет;
• хронические инфекционные заболевания;
• заболевания иммунной системы;
• период лактации;
• миома матки;
• нарушение свертываемости крови;
• раны в зоне воздействия;
• гепатит и почечная недостаточность.

Кроме этого, есть и относительные противопоказания к этой процедуре. К ним относят:

• наличие имплантатов, рубцов, шрамов и татуировок в обрабатываемой зоне;
• прием нестероидных препаратов в течение 10 дней до даты проведения процедуры.

Технология проведения процедуры

Суть метода кавитации состоит в воздействии низкочастотным ультразвуком на жировую ткань. Частота тока при этом равна от 30 до 45 КГц. В результате этого в ткани возникает кавитационный эффект, то есть образуется множество пузырьков жидкости. Именно такая низкая частота позволяет возникнуть большему числу пузырьков.

Как известно, жировые клетки в основном состоят из жидкости. Пузырьки взрываются внутри жировых клеток и выталкивают их, то есть происходит микровзрыв, который разрушает стенки клетки и расщепляет жир на составляющие. Основная масса жировой ткани при этом выходит через лимфатическую систему организма.

Сеанс проводится специальным аппаратом, который излучает низкочастотные ультразвуковые волны. Он имеет несколько насадок для различного воздействия. Процедура проводится следующим образом:

1. Места воздействия размечаются специальным маркером.
2. На эти зоны наносится специальный гель для проведения ультразвукового исследования.
3. Врач подбирает насадку и медленно передвигает ей по коже, опираясь на ощущения пациента. Каждый участок обрабатывается одной насадкой не более 10 минут.
4. При ощущении дискомфорта частоту воздействия снижают.

Процедура может длиться разное время, в зависимости от зоны воздействия. Обычно она занимает полчаса. Минимальное время проведения – 20 минут, максимальное не может превышать 45 минут.

Длительность курса зависит от первоначальных данных и желаемого результата. Обычно он составляет от 3 до 8 процедур. Проводить их следует с разницей в 6-8 дней. При необходимости назначают повторный курс примерно через полгода.

Для того чтобы усилить пользу и эффект от проведения процедуры необходимо выполнять следующие рекомендации:

• старайтесь придерживаться правильного питания;
• выпивайте в день не менее 2 литров воды;
• перед самой процедурой выпейте не менее 1 л воды;
• регулярно выполняйте физические упражнения, особенно важно делать их после процедуры.

Цены на проведение процедуры кавитации сильно разнятся в зависимости от области воздействия, региона проживания и класса салона. Средняя цена на проведение процедуры составляет от 35 до 120 долларов. Удаление с живота обойдется в среднем в 50 долларов, а с рук в 35 долларов. Самыми дорогими являются зоны ягодиц и бедер.

Ультразвуковая кавитация – отзывы

[su_testimonial photo=»https://www.davajpohudeem.com/wp-content/uploads/2015/10/Ольга1.jpg»]Процедуру кавитации мне посоветовал провести мой косметолог, когда я пыталась избавиться от целлюлита с помощью массажа. Эффект был, но не такой заметный, как мне хотелось бы. И вот я купила курс процедур кавитации из 7 сеансов, каждый из них длился около 20 минут. Никаких ощущений во время процедуры я не испытывала. Положительный эффект заметила примерно после третьего раза. Целлюлит стал менее заметный. После окончания курса его совсем не видно, а еще ушло по 1 см с каждой ноги. Результат мне понравился. Буду проводить эти сеансы раз в полгода в качестве профилактики.

Ольга

[/su_testimonial] [su_testimonial photo=»https://www.davajpohudeem.com/wp-content/uploads/2015/10/Анастасия.jpg»]У меня всегда был небольшой лишний вес. Перед поездкой на море в этом году я решила тщательно подготовиться и привести свою фигуру в порядок. Помимо тренажерного зала и диеты, я решила воздействовать на организм с помощью косметологических процедур. Остановила свой выбор на ультразвуковой кавитации. Специалист рассказал, что во время нее происходит расщепление жировой ткани. Процедура для меня совсем безболезненная. Похожа на обычное ультразвуковое исследование. Я сделала 5 процедур с разницей в 5 дней. В это время я также сидела на кремлевской диете и усиленно занималась. Не знаю, что конкретно повлияло, но за этот месяц я похудела на 5 кг и полностью избавилась от целлюлита. Кроме этого, ушло по 4 см с каждой ноги, 3 см с бедер и 5 см с талии.

Анастасия

[/su_testimonial] [su_testimonial photo=»https://www.davajpohudeem.com/wp-content/uploads/2015/10/Анна2.jpg»]У меня нет лишнего веса и сильного целлюлита. Но совершенству нет предела, поэтому я периодически делаю какие-нибудь процедуры для тела. Сеансы кавитации я проводила в прошлом году перед летом. Эффект мне понравился. Кожа подтянулась, ушло по полсантиметра с каждой ноги. Да, это немного, но я и так худенькая. Всего я провела 6 процедур ультразвуковой кавитации.

Анна

[/su_testimonial]

Подробнее об отзывах о кавитации и экспертных комментариях и советах можно почитать в отдельном выпуске.

Видео про кавитацию

В этом ролике показан сеанс ультразвуковой кавитации. В нем объясняется каким образом происходит процесс похудения. Врач подробно расписывает все преимущества процедуры. Кроме этого, в видео говорится о том, сколько должен длиться сеанс и сколько процедур необходимо сделать для получения видимого результата.

Кавитация – это очень эффективная процедура. Он поможет вам исправить недостатки и несовершенства фигуры в короткие сроки. При этом у нее практически нет противопоказаний.

Пробовали ли вы эту процедуру? Какого эффекта добились с ее помощью? Делитесь своим опытом и впечатлениями с нами в комментариях!

Кавитация – это… Что такое Кавитация?

        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 p_kp (в реальной жидкости p_kp 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 р_кр, 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

                  где р — гидростатическое давление набегающего потока, р_н — 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 р_н, а по давлению газа внутри каверны p_k, т. е. , где g — ускорение силы тяжести, a d — некоторый характерный линейный размер. Так как p_k может быть много больше р_н, 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 ≅ 10² Мн/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 10³ Мн/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.

        

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

        

        Рис. 3. Участок разрушенной поверхности гребного винта.

        

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

        

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

Кавитация – это… Что такое Кавитация?

Моделирование кавитации

Кавита́ция (от лат. cavitas — пустота) — процесс парообразования и последующей конденсации пузырьков воздуха в потоке жидкости, сопровождающийся шумом и гидравлическими ударами, образование в жидкости полостей (кавитационных пузырьков, или каверн), заполненных паром. 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 захлопывается, излучая при этом ударную волну.

Кавитация разрушает поверхность гребных винтов, гидротурбин, акустических излучателей и др.

Обзор

Согласно определению Кристофера Бреннена: «Когда жидкость подвергается давлению ниже порогового (напряжению растяжения), тогда целостность ее 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 путем 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 градусов цельсия ^[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.

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.

Поэтому кавитация во многих случаях нежелательна. Например, она вызывает разрушение гребных винтов судов, рабочих органов насосов, гидротурбин и т. п., кавитация вызывает шум, вибрации и снижение эффективности работы.

Когда схлопываются кавитационные пузыри, энергия жидкости сосредотачивается в очень небольших объемах. Тем самым, образуются места повышенной температуры и возникают ударные волны, которые являются источниками шума. Шум, создаваемый кавитацией, является особой проблемой на подводных лодках (субмаринах), так как из-за шума их могут обнаружить. При разрушении каверн освобождается много энергии, что может вызвать повреждения. 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, излучаемые расходомером, что приводит к искажению его показаний.

Полезное применение кавитации

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 500 км/ч. Такие исследования проводились, например, в Институте гидромеханики НАН Украины.^[2]

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).

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 твердых веществ, которые находятся в жидкости. Одним из применений таких процессов является измельчение твердых 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 налет («налет курильщика»), а также косметологии.

Лопастные насосы и винты судов

В местах контакта жидкости с быстро движущимися твердыми 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 твердых 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 расчете 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 твердого 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 расчетного 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 стенках цилиндра. Этот слой будет подвержен той же кавитации, но он может самостоятельно восстанавливаться.

Сосудистые растения

Кавитация происходит в ксилемных сосудистых растениях, когда водный потенциал становится таким большим, что растворившийся в воде воздух расширяется, чтобы заполнить клетки растения, или элементы сосудов, капилляры. Обычно растения способны исправить кавитационную ксилему, например, при помощи корневого давления, но для других растений, таких как виноградники, кавитация часто приводит к гибели. В некоторых деревьях ясно слышен кавитационный шум. Осенью температурное понижение увеличивает образование воздушных пузырей в капиллярах некоторых видов растений, что вызывает опадание листьев.

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 5.45×39 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):

, где

 — гидростатическое давление набегающего потока, Па;
 — давление насыщенных паров жидкости при определенной температуре окружающей среды, Па;
 — плотность среды, кг/м³;
 — скорость потока на входе в систему, м/с.

Известно, что кавитация возникает при достижении потоком граничной скорости , когда давление в потоке становится равным давлению парообразования (насыщенных паров). Этой скорости соответствует граничное значение критерия кавитации.

В зависимости от величины можно различать четыре вида потоков:

• докавитационный — сплошной (однофазный) поток при ,
• кавитационный — (двухфазный) поток при ,
• пленочный — с устойчивым отделением кавитационной полости от остального сплошного потока (пленочная кавитация) при ,
• суперкавитационный — при .

Измерение

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

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, расчеты и конструкции кавитационных аппаратов).Ч.1. — К.: Полиграфкнига, 1997. — 940 с.

Примечания

Ссылки

Кавитация — Википедия. Что такое Кавитация

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

Что это? и Как это работает?

Прежде всего нужно разобраться, что такое кавитация. Кому и для чего необходима эта процедура? Разберемся по порядку, последовательно отвечая на возникшие вопросы.

Что такое эффект кавитации.

Само слова кавитация происходит от латинского слова cavitas, которое означает – пустота. Сам эффект кавитации известен с 19 века, это процесс образования в жидкости пузырьков наполненных паром или газом. Здесь следует вспомнить физику – плотность газа ниже плотности жидкости. Так как-же, в плотной жидкости появляются пузырьки с газом. Образуются они в моменты так называемого «вытягивания жидкости» которое происходит при ускорении движения жидкости или при воздействии на жидкость мощной акустической волны. Вообще кавитация до некоторого времени считалась вредоносным явлением. В кораблестроении и машиностроении кавитация является настоящей «головной болью» инженеров, т.к. образовавшиеся в жидкости газовые пузырьки после того как жидкость переходит в стабильное состояние начинают схловыпаться производя при этом микровзрывы и выброс некоторого количества кинетической энергии. Такие микровзрывы с течением времени разрушают гребные винты судов, лопасти гидротурбин и других элементов техники, сталкивающихся в своей работе с эффектом кавитации. Но, в последствии и в технике для кавитации нашлось полезное применение.
 И так с самим эффектом кавитации мы разобрались. Так какая польза от неё в борьбе с лишним весом?- cпросите вы. 

Кавитация в косметологии.

В косметологии и медицине эффекту кавитации нашлось очень полезное применение. Как известно жировая клетка содержит много жидкости, и может быть подвержена воздействию акустической волны. Так вот, в процессе исследований ученым удалось определить, что подвергая воздействию ультразвукового излучения волнами 37-42кГц жировую ткань, в клеточной жидкости образуются квитанционные пузырьки, которые расширяясь, разжижают жир, после чего происходит схлопывание пузырьков. Схлопнувшиеся пузырьки высвобождают некоторое количество кинетической энергии, которой хватает для создания гидродинамического толчка внутри клетки, этакий внутриклеточный микровзрыв. Этот толчок, повреждает мембрану жировой клетки, что приводит к ее распаду. Впоследствии продукты распада жировой клетки попадают в лимфатическую и кровеносную систему, и выводится из организма естественным путем.

Итак, подведем итог. Косметологическая кавитация – это воздействие на жировую ткань ультразвуковыми волнами 37-42кГц. При такой частоте в жировых клетках начинают образовываться кавитационные пузырьки, которые увеличиваясь от воздействия акустической волны лопаются и повреждают клеточную мембрану, разрушая жировую клетку.

На фото сделаном Школой Химических наук Национального Университета г.Кордоба в Аргентине при иследователями эффекта Кавитации на примере жировой ткани человека, хорошо видны процесы происходящии в жировой ткани:

Фото 1: Жировая ткань человека.

Фото 2:  Первые 5 минут после начала воздействи, показывают декомпрессию тканей и формирование маленьких пузырьков среди адипоцитов из-за ослабления их клеточной мембраны и начало полного эмульгированая.

Фото 3:  Следующие 10 минут после начала Кавитации, происходит разрушение жировых мембран, значительное эмульгирование в местах обработки и целостность близлежащих тканей.

Фото 4: отчетливо демонстрирует полное эмульгирование жирового слоя. 

Главное преимущество кавитации – это прямое воздействие на жировую ткань, которое происходит именно в той зоне, которую необходимо скорректировать. Из-за этого замечательного свойства кавитацию все чаще называют “безоперационной липосакцией“. Этот метод позволяет воздействовать непосредственно на места, где скапливаются жировые отложения. Причем следует заметить, что другие ткани тела, такие как кожа, сосуды, мышцы, разрушительному действию кавитации не подвергаются, поскольку имеют отличную от жировой ткани структуру, обладают большей прочностью и эластичностью.

Но не достаточно добиться разрушения жировых клеток. Освободившийся жир надо вывести из организма. «Продукты распада» из разрушенных и поврежденных жировых клеток попадают в межклеточное пространство и выводятся через лимфатическую (90%) и, частично, через кровеносную (10%) системы.

Для ускорения этого процесса, и препятствованию образования новых жировых клеток проводится обязательная процедура лимфодренажа – Прессотерапия.

Прессотерапия – это активный лифмодренажный массаж. Во время процедуры на клиента надевается специальный костюм, представляющий из себя набор воздушных бандажей, которые в определенной последовательности наполняются воздухом до определенного давления, спустя некоторое время воздух откачивается и происходит наполнение следующего бандажа. Этот процесс повторяется многократно, вызывая активную циркуляцию лимфы и крови.

Прессотерапия помимо вспомогательного эффекта для кавитации, является самостоятельной процедурой. Она отлично снимает отечность, является отличным инструментом при борьбе с целлюлитом, улучшает венозное кровообращение и является профилактикой варикозного расширения вен. Прессомассаж выводит из организма все излишнюю жидкость и токсины, восстанавливает водный баланс за счет происходящей в организме нормализации циркуляции межклеточной жидкости и лимфы.

Кому необходима кавитация.

Прежде всего кавитация будет полезна тем, кто страдает излишним весом, жировыми отложениями, целлюлитом. Однако следует понимать, что кавитация не является волшебной палочкой, вы сами должны хотеть создать свое красивое тело. Нужно будет соблюдать некоторые правила, воздерживаться в употреблении в пищу некоторых продуктов, выпивать определенное количество воды и т.п. И при соблюдении этих несложных правил эффект не заставит вас долго ждать. Ведь эффект проявляется уже после первой процедуры.
В нашем салоне при проведении процедуры вам будут даны все необходимые рекомендации и выдана памятка. Соблюдение вами этих простых правил позволит в кратчайшие сроки скорректировать все проблемные места.

КАВИТАЦИЯ – это… Что такое КАВИТАЦИЯ?

(от лат. cavitas – пустота) – образование в капельной жидкости разрывов сплошности с появлением полостей (т. н. кавитац. пузырьков), заполненных газом, паром или их смесью, в результате местного понижения давления.

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

Если понижение давления происходит вследствие возникновения больших местных скоростей в потоке движущейся жидкости, то К. наз. гидродинамической, а если вследствие прохождения акустич. волн, то акустической (см. Кавитация акустическая).Гидродинамич. К. возникает в тех участках потока, где давление понижается до нек-рого критич. давления р _кр. Минимумы давления возникают на криволинейных твёрдых телах, а при наличии сильной завихренности – и во внутр. областях жидкости. При этом присутствующие в жидкости пузырьки газа или пара (рис. 1), двигаясь с потоком жидкости и попадая в области давления р<р _кp, приобретают способность к неогранич. росту. После перехода в область, где p>p _кр 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 мало, то пузырёк замыкается полностью в 1-м периоде жизни.

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

Т. о., вблизи обтекаемого тела создаётся довольно чётко ограниченная зона, заполненная движущимися пузырьками (рис. 2). Сокращение кавитац. пузырька происходит с большой скоростью и сопровождается звуковым импульсом тем более сильным, чем меньше газа содержит пузырёк. жидкость была идеально однородной, а поверхность тела, с к-рым она граничит, идеально симметричной, то разрыв происходил бы при давлении значительно более низком, чем давление насыщенного пара жидкости, при к-ром жидкость становится метастабильной. Прочность воды на разрыв, вычисленная при учёте тепловых флуктуации, равна 1500 кг/см ². Реальные жидкости менее прочны. Макс, растяжение тщательно очищенной воды, достигнутое при темп-ре воды 10 °С, составляет 280 кг/см ². Обычно же разрыв возникает при давлениях лишь немного меньших давлений насыщ. пара. Низкая прочность реальных жидкостей связана с наличием в них т. н. кавитац. зародышей: плохо смачиваемых участков поверхности обтекаемого тела, твёрдых частиц, частиц с трещинами, заполненными газом, микроскопич. газовых пузырьков, предохраняемых от растворения мономолекулярными органич. плёнками, ионных образований. 0, содержащего водяной пар при давлении насыщения р _н,то статич. давление, при к-ром он теряет устойчивость и начинает неограниченно расширяться, выражается ф-лой

где р₀ – равновесное внеш. давление, R – радиус расширяющегося пузырька, s – поверхностное натяжение жидкости. Движение границы зародыша в предположения, что жидкость идеальна и несжимаема, а течение около пузырька сферически симметрично и изменение объёма газа происходит адиабатически, описывается ур-нием

где g – показатель адиабаты, r – массовая плотность жидкости. Решение ур-ния (2) имеет важные приложения в вопросах кипения перегретых жидкостей, акустич. кавитации, кавитац. эрозии и т. д. (где р_: и v_:– давление и скорость набегающего потока), к-рое служит одним из критериев подобия, моделирующих гидродинамич. течения. При моделировании наступления К. по числу (наблюдается масштабный эффект, заключающийся в более раннем возникновении К. при испытаниях с большей скоростью или на телах больших размеров. приближённо обратно пропорционально (, тогда как сопротивление тела, образующего каверну, слабо зависит от (.Если внутрь каверны через тело, около к-рого возникает К., подвести атм. воздух или иной газ, то размеры каверны увеличиваются. При этом установится течение, к-рое будет соответствовать числу К., определяемому уже не давлением насыщ. водяного пара р _н, а давлением газа внутри каверны р _к:Всплывание и деформация такой кавитационной каверны будут определяться Фруда числомFr=v²_:/gd,где g– ускорение силы тяжести, a d – нек-рый характерный линейный размер. Т. к. р _к может быть много больше р _н,то в таких условиях возможно при малых скоростях набегающего потока получать тeчения, соответствующие очень низким значениям (, т. е. глубоким степеням развития К. Так, при движении тела в воде со скоростью 6-10 м/с можно получить его обтекание, соответствующее скоростям до 100 м/с. Кавитац. течения, получающиеся в результате подвода газа внутрь каверны, наз. искусств. К. Однако полное моделирование методом искусств. К. получить не удаётся, т. к. практически невозможно одновременно получить малые значения (и большие Fr, а также смоделировать процесс уноса газа из каверны. меры к избежанию К. Если это оказывается невозможным, то в нек-рых случаях полезно усилить развитие К., создать т. н. режим суперкавитации, отличающийся струйным характером обтекания, и, применив спец. профилирование лопастей, обеспечить благоприятные условия работы механизмов. Развитие К. в гидросистемах ракет может приводить к автоколебаниям и оказывать воздействие, напр., на продольную устойчивость коpпуса ракеты.
Рис. 3. Участок разрушенной поверхности гребного винта.

Теория эрозионного процесса не завершена. Наиб, распространённая точка зрения на природу явления состоит в том, что оно обусловлено многократным воздействием на поверхность обтекаемого тела ударных давлений, сопровождающих схлопывание кавитац. пузырьков; окислит. процессы также играют нек-рую роль. Лит.: Седов Л. И., Плоские задачи гидродинамики и аэродинамики, 2 изд., М., 1966; Корнфельд М., Упругость и прочность жидкостей, М.- Л., 1951; Горшков А. С., Русецкий А. А., Навигационные трубы, 2 изд., Л., 1972; Перник А. Д., Проблемы кавитации, 2 изд., Л., 1966: Искусственная кавитация, Л..1971:Каэпп Р.,Дейли Дж., Xэммит Ф., Кавитация, пер. о англ., М., 1974; Френкель Я. И., Кинетическая теория жидкостей, Л., 1975; Левковский Ю. Л., Структура навигационных течений, Л., 1978; Иванов А. Н., Гидродинамика развитых кавитационных течений, Л., 1980. А. Д. Перник.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.