Явление кавитации – Кавитация тела что это такое | ультразвуковая кавитация живота | кавитация процедура для похудения
Явление кавитации, применение, процесс, вред и польза
В мире имеется большое количество физических процессов, с которыми мы сталкиваемся ежедневно. Кавитация ее является исключением. Она в переводе с латинского обозначает пустоту.
Процесс кавитации
Кавитация происходит в жидких субстанциях, когда в них происходят местные изменения давления. Данное физическое явление представляет собой процесс образования пара в жидкости с последующим образованием конденсата из него в потоке жидкости. Для данного процесса характерно появление шума и гидравлических ударов. При понижении давления в жидкости образуются пузырьки, наполненные паром от нее. Уменьшение уровня давления в жидкой субстанции может случить в результате:
- увеличения скорости движения жидкости,
- прохождения через акустическую волну высокой интенсивности.
Это далеко не все причины, которые приводят к появлению кавитации. Одной из таких причин является прохождение потока жидкости через поток с высоким давлением. В результате пузырек с паром лопается и появляется ударная волна, которая влияет на остальные пузырьки жидкости.
Данное явление не происходит повсеместно. Для него необходимо создать определенные условия.
По своим физическим проявлениям кавитацию можно сравнить с процессом кипения. Они отличаются лишь тем, что в процессе кипения в жидкости давление внутри образующихся пузырьков равно давлению жидкости. При кавитации давление жидкости заметно меньше, чем в пузырьках с паром. При кавитации понижение давление происходит только в определенном месте.
Вред кавитации
Сегодня кавитацию активно используют во многих сферах человеческой жизнедеятельности. Однако не всегда ее применение является полезным и обоснованным. При кавитации в пузырьках жидкости образуются скопления газов. Они могут вызывать появление эрозии металлов. Агрессивное действие газов и высокая температура способны за короткое время разъесть металлы разных видов. В результате такого вредного воздействия уничтожаются винты судов, приходят в негодность насосы и гидротурбины. К тому при наличии кавитации образуются неприятные шумы, которые приводят к тому. что работа водных приборов начинает становиться менее эффективной.
Лопающиеся пузырьки жидкости приводят к тому, что в определенной области начинает повышаться давление и температура. В результате происходит ударная волна, которая провоцирует появление неприятного шума. В итоге всего этого процесса металл полностью разъедается.
При кавитации появляется высокий уровень шума, что приводит к невозможности наиболее эффективно использовать подводные лодки, которые должны быть малозаметными или вообще незаметными.
Польза кавитации
Несмотря на то, что в некоторых случаях не рекомендуется использовать кавитацию, все же есть ситуации, когда она просто необходима. В современном мире производится больше количество сверхкавитационных торпед, которые активно применяются в военных целях. Такие торпеды обладают высокой скоростью передвижения по воде. Одна из самых известных кавитационных торпед способна развить скорость до пятисот километров в час.
Кавитацию полезно использовать для проведения ультразвуковой очистки различных видов поверхностей. Звуковые волны в жидкости, которые образуются после того, как пузырьки лопаются, способны очистить поверхность любого предмета от загрязнений.
Польза кавитации заключается в том, что она подходит для очищения различных жидких субстанций. В частности этот физический процесс незаменим при очищении топлива. Благодаря кавитации в любом виде топлива значительно сокращается количество смол.
Применение кавитации
В современном мире кавитация нашла широкое применение в различных областях. Большую роль она играет в биомедицине. Она помогает бороться с проблемами с почками. Она используется для удаления камней в этой области. Уничтожение камней осуществляется при помощи ударной волны. Для процедуры используется такой вид оборудования, как литотриптор. Он работает по принципу кавитации. Он помогает разрушать камни даже без хирургической процедуры.
Кавитацию также используют стоматологи. Благодаря этому стало возможным ультразвуковое очищение зубов.
В судостроении не редко встречается использование кавитации. В насосах и винтах судов используется это явление. Оно применяется в местах, где при соприкосновении с водой вращающиеся твердые детали понижаю ее давление. В результате она начинает нагреваться и образуются пузырьки, после лопания которых появляется характерный шум.
В военной промышленности кавитация тоже нашла свое применение. Она позволяет создавать уникальные острые виды пуль и сверхбыстрые торпеды.
Кавитация: основные понятия, причины возникновения и ее следствия
Кавитация: основные понятия, причины возникновения и ее следствия
Нарушение сплошности потока жидкости, обусловленное появлением в ней пузырьков или полостей, заполненных паром и выделившимся из жидкости газом, называется кавитацией. Кавитация возникает в области пониженного давления, где возникают растягивающие напряжения, которые приводят к разрыву жидкости и образующие полости – каверны заполняются парами жидкости и выделившимся из нее растворенным газом. Попадая в область высоких давлений паровые пузырьки (каверны) «захлопываются». Захлопывание каверн вызывает местный гидравлический удар, который может привести к разрушению (эрозии) стенок каналов. Действительно, давление в пузырьках остается постоянным и равным давлению упругости насыщенного пара, в то время как давление жидкости по каналу рабочего колеса повышается при течении жидкости от входа к выходу. Попадая в область высокого давления, пузыри схлопываются под действием высокого давления. Это схлопывание сопровождается местным повышением давления в несколько тысяч атмосфер. Если оно происходит на поверхности лопаток или других элементах насоса, то с их поверхности выбиваются частицы материала, из которого они сделаны. Это явление называется эрозией. Этот процесс можно определить по потрескивающим звукам, которые усиливаются с увеличением кавитации.
Возникновение и развитие кавитации в жидкости связано с наличием так называемых ядер кавитации. В технических жидкостях всегда имеются ядра кавитации. Они являются теми слабыми точками, в которых нарушается сплошность жидкости, и возникают кавитационные явления. Наиболее вероятно, ядра кавитации представляют собой нерастворенные газовые включения, в том числе в порах и трещинах, а также микрочастицы, взвешенные в жидкости.
Если в жидкости присутствуют свободные или растворенные газовые включения, то кавитация будет протекать более интенсивно, с большим шумом и вибрациями.
Кавитация приводит к трем основным отрицательным последствиям:
- К срыву подачи, напора, мощности и к.п.д.
- К эрозионному износу элементов насоса: рабочего колеса, вала и т.д.
- К звуковым явлениям: шуму, вибрации установки, а также к низкочастотным
В насосах кавитация возникает при давлении перед входом в насос существенно превышающем давление парообразования при данной температуре жидкости. Это означает, что область минимального давления располагается внутри проточной части насоса. Падение давления внутри проточной части насоса (по сравнению с входным давлением Рвх) связано с обтеканием лопаток. При обтекании лопаток, как при обтекании любого тела, образуется область пониженного давления Рmin.
Как только давление станет ниже давления насыщенного пара, то образуется кавитация. В потоке жидкости такое падение давления происходит обычно в области повышенных скоростей и при перекачивании горячих жидкостей в условиях, когда происходит интенсивное парообразование в жидкости, находящейся в насосе. Пузырьки пара попадают вместе с жидкостью в область более высоких давлений, где мгновенно конденсируются. Жидкость стремительно заполняет полости, в которых находился сконденсировавшийся пар, что сопровождается гидравлическими ударами, шумом и сотрясением насоса. Кавитация приводит к быстрому разрушению насоса за счёт гидравлических ударов и усиления коррозии в период парообразования. При кавитации производительность и напор насоса резко снижаются.
Зависимость напора насоса от давления на входе при постоянном расходе и постоянной частоте вращения называется кавитационной характеристикой. Такие характеристики снимаются на специальных стендах.
Уменьшение давления перед насосом Рвх достигается вакуумированием воздушной подушки в резервуаре. Во время испытаний насоса при постоянном значении расхода Q и постоянных числах оборотов определяют значения давлений на входе, при которых появляются кавитационные явления.
По результатам испытаний строятся кавитационные характеристики.
При давлении на входе равного Рнач в насосе возникает кавитация, которая сказывается в появлении мелких пузырьков и шума от их схлопывания. Дальнейшее уменьшение давления от
При давлении Ркрит, напор начинает снижаться (одновременно с напором снижается к.п.д. насоса). Это критический режим.
При давлении на входе насоса равного Рсрв напор и расход резко падают. Это – срывной кавитационный режим.
На кавитационной характеристике насоса можно выделить несколько областей:
а) режим начальной кавитации (или скрытая кавитация) насоса, когда Ркрит < Рвх < Рнач,
б) критический режим Рсрв < Рвх < Ркр, при котором заметен излом напорной характеристики. При этом зона распространения кавитационных полостей в насосе невелика.
в) режим Pвх < Pсрв, при котором наблюдается срыв всех основных параметров насоса. При этом вся проточная часть насоса практически занята паровой или газовой каверной.
Для насосов длительного использования, например, для отопления или водоснабжения, важно избежать даже начальной стадии кавитации.
В этом случае, давление на входе Рв должно быть больше давления Рнач. Это позволит избежать появления кавитационного шума и эрозионного износа элементов насоса.
Для того чтобы избежать кавитации можно предпринять следующие шаги:
- повысить давление во всасывающем патрубке (опустить насос, или увеличить
давление в приемном резервуаре). Производительность от этого не измениться.
- Использовать насосы, имеющими меньшие числа оборотов.
- Снизить расход жидкости через насос или температуру перекачиваемой жидкости, что соответствует уменьшению давления пара.
Явление кавитацииНа явление кавитации наука обратила внимание ещё в конце XIX века, когда возросшие скорости и мощности создаваемых машин сделали её существенным препятствием на некоторых направлениях развития техники, прежде всего в судостроении. Однако до сих пор можно сказать, что это явление изучено недостаточно. Объясняется это высокими скоростями, а также очень малыми размерами и временами жизни типичных кавитационных пузырьков. В результате даже при современном уровне техники прямые измерения параметров этих пузырьков практически невозможны. Непосредственному измерению доступны лишь интегральные параметры квазистационарных зон кавитации. Поэтому неудивительно, что это явление очень часто рассматривается как вероятный источник получения дополнительной «сверхъединичной» энергии. Возможно, в этом есть и рациональное зерно. Эффект кавитацииСобственно эффект кавитации заключается в очень быстром схлопывании пузырьков в жидкости, в результате чего в точке схлопывания возникает гидравлический удар, ударная волна от которого распространяется в окружающей жидкости. Механизмы возникновения и параметры кавитационных пузырьковПричины возникновения этих пузырьков могут быть различны, и это очень важно, поскольку в результате различаются параметры самих пузырьков (прежде всего их размеры и давление внутри них). В свою очередь, этим обусловлены и различия в последствиях разных видов кавитации. Более того, я считаю, что под названием «кавитация» в настоящее время иногда объединяют два внешне схожих, но принципиально разных явления. Кавитация как следствие скоростного разрыва потока«Классический» механизм возникновения кавитации заключается в образовании в текущем потоке пузырьков-полостей в зонах разрежения, возникающих во время быстрого движения жидкости по каналам переменного сечения и / или сложной формы. По сути, причиной этого является то, что исходя из соотношения скорости, сечения и расхода жидкости, количества жидкости просто «не хватает» для плотного заполнения сечения в данном месте канала. В уравнении Бернулли для таких условий появляются отрицательные значения давления — меньше абсолютного нуля (то есть меньше «давления» вакуума). Но поскольку отрицательное давление физически нереализуемо, а жидкости являются практически несжимаемыми и нерастяжимыми субстанциями, в реальности в такой ситуации происходит разрыв сплошного потока — в нём образуются пустоты-пузырьки, суммарный объём которых равен «лишнему» объёму в данном месте канала. В результате для средней (интегральной) плотности двухфазного потока (жидкость + пустоты) давление в уравнении Бернулли становится неотрицательным. Отличие этой плотности от плотности спокойной жидкости позволяет оценить степень кавитации в том или ином сечении канала. При снижении скорости потока и восстановлении давления такие пузырьки-разрывы почти мгновенно «схлопываются», при этом возникает микро-гидроудар. Это возникновение кавитации по механическим причинам. Тепловой механизм возникновения кавитацииИногда упоминают и о другом механизме возникновения кавитационных пузырьков — тепловом. Например, считается, что именно такая кавитация обуславливает шум закипающего чайника или кастрюли. Там под воздействием внешнего тепла на горячей стенке или на дне сосуда создаются условия, позволяющие жидкости перейти в парообразное состояние. Давление при этом достаточно велико — оно равно давлению над поверхностью жидкости в сумме с давлением столба жидкости, соответствующим глубине образования пузырька. Пузырёк пара растёт, за счёт теплоты испарения отбирая «лишнее» тепло у ближайшей к нему жидкости и тем самым предотвращая появление пузырьков-«конкурентов» в своих ближайших окрестностях. Наконец, объём пузырька становится достаточно велик, чтобы под действием архимедовой силы и локальных течений, которые всегда возникают в объёме жидкости при местном интенсивном нагреве, он смог оторваться от своего места и отправиться в самостоятельное плавание. Удалившись от горячей стенки, он попадает в менее нагретую область жидкости. Эти условия становятся недостаточными для поддержания парообразного состояния жидкости внутри пузырька, поэтому пар остывает, начинается его быстрая конденсация, объём пузырька резко сокращается, и он исчезает. Следует заметить, что таким образом исчезают лишь достаточно мелкие пузырьки, которые имеют большое соотношение площади поверхности к объёму и потому всплывают не слишком быстро, испытывая относительно большое гидродинамическое сопротивление. В воде даже пузырьки диаметром в полмиллиметра часто не исчезают, а успевают благополучно достичь поверхности воды, если глубина их образования лежит в пределах 50 см, — они имеют достаточно большое соотношение объёма к поверхности, и за счёт этого поднимаются достаточно быстро, чтобы пар внутри них не успел остыть в нужной степени, а падение давления жидкости по мере подъёма ведёт к дальнейшему росту их объёма и затруднению конденсации. Тем не менее, заранее трудно сказать, какого именно размера пузырьки успеют исчезнуть, а какого — нет. Слишком много факторов действует на этот процесс в реальности, начиная от конструкции и конфигурации нагреваемой ёмкости и заканчивая текущей температурой жидкости и особенностями подвода тепла. Кстати, в статье о кавитации Википедии этот тепловой механизм на данный момент не рассматривается, однако я считаю необходимым рассказать о нём, поскольку он всегда действует совместно с механическим скоростным разрывом потока, — как только давление по каким-либо причинам падает ниже давления насыщенных паров при данной температуре, начинается парообразование в толще потока. Соответственно, в более тёплой жидкости парообразование и появление вызванных им пузырьков начнётся при более высоких давлениях, чем в более холодной. Поэтому давление внутри пузырька, влияющее на скорость его схлопывания, всегда определяется соотношением вкладов механических и тепловых факторов. Другие способы получения кавитацииЕсть и другие способы получить кавитационные пузырьки — например, с помощью высокочастотного электроразряда или ультразвука. Однако в случае электрического разряда в конце концов всё сводится к тепловому и механическому аспектам воздействия искры на жидкость (нагрев и расширение паров). Ультразвук вызывает высокочастотные механические колебания в жидкости, поэтому непосредственной причиной появления кавитационных пузырьков является скоростной разрыв жидкости в ходе этих колебаний (амплитуда их очень мала, но благодаря высокой частоте мгновенная скорость и ускорения частиц жидкости могут достигать очень больших величин, достаточных для её скоростного разрыва). Поэтому можно сказать, что два рассмотренных выше механизма — скоростной (механический) и тепловой (термодинамический) — и являются основными механизмами возникновения кавитационных пузырьков. Что внутри кавитационных пузырьков?Практически в любом учебнике можно прочитать, что пузырьки образуются за счёт растворённых в этой жидкости газов. Со всей уверенностью можно сказать, что это не так! Когда кавитационные пузырьки образуются за счёт скоростного разрыва потока, то в них — практически вакуум, пустота, давление, близкое к нулю (максимум — это равновесное давление паров жидкости, успевшей испариться со стенок пузырька при данной температуре, например, для воды при 17°С это всего лишь 15 мм.рт.ст., менее 0.02 атм)! Дело в том, что свободные пузырьки в потоке жидкости движутся быстро, а время жизни их очень мало, — поэтому прямые измерения никто не проводил. Прямые измерения проводились лишь для квазистационарных областей разрежения в зоне кавитации, и там действительно присутствуют пары жидкости и выделившиеся из неё растворённые газы — область-то квазистационарная, и она собирает растворённые газы со всего огромного объёма жидкости, прошедшего по её границам за всё время её существования. Поэтому давление выделившихся растворённых газов там может быть вполне заметным, но, кстати, оно же не даст этой области мгновенно «схлопнуться» в случае исчезновения условий кавитации, — эти газы образуют хотя и сжавшуюся в размерах, но достаточно долгоживущую группу пузырей. У пузырька в потоке благодаря мизерному времени жизни с его стенок может даже не успеть испариться количество жидкости, достаточное для создания равновесной концентрации паров, хотя скорость такого процесса весьма велика. Про «растворённые газы» в этом случае говорить вообще не приходится — за исключением каких-то особых случаев (например, предварительного насыщения ими жидкости при повышенном давлении) их количество в ближайших окрестностях пузырька исчезающе мало и при всём желании они не могут создать ощутимого давления внутри него (скажем, растворимость большинства газов в воде при нормальных условиях не превышает доли процента — каков будет их вклад в давление внутри внезапно образовавшейся полости?). С расстояния же чуть подальше такие газы просто не успеют диффундировать внутрь пузырька за ничтожное время его жизни, длящейся миллисекунды или доли миллисекунд. Молекулы и микропузырьки растворённых газов могут лишь являться «точками разрыва» жидкости, центрами возникновения, провоцирующими образование кавитационных пузырьков именно в данном месте, но никак не могут создать внутри них сколь-нибудь существенное давление! Поэтому с механической точки зрения обычно можно считать, что кавитационные пузырьки внутри потока являются областями вакуума — такого же, как тот, что возникает в «зоне отрыва» достаточно сильного «обычного» гидроудара и однозначно фиксируется приборами именно как почти абсолютный ноль давления. При тепловом механизме образования пузырьков они существуют не за счёт внешнего разрежения, а за счёт высокого внутреннего давления паров. Это давление очень далеко от вакуума, а если говорить точнее — оно равно давлению окружающей пузырёк жидкости. Поэтому и здесь обычно нельзя утверждать, что существенную часть содержимого пузырька составляют растворённые в жидкости газы — он заполнен парами жидкости. Тепловая и механическая кавитации — разные явленияАнализируя всё вышесказанное, я считаю, что скоростная и тепловая кавитации — это два разных явления, хотя и близкородственных, многие черты которых весьма похожи друг на друга. Но есть и принципиальные различия — прежде всего это давление и температура внутри пузырьков. В первом случае это очень низкое давление, близкое к абсолютному нулю, и весьма низкая температура, далёкая от температуры кипения жидкости при статическом давлении окружающей среды. Во втором случае это высокое давление паров внутри пузырька, практически равное статическому давлению окружающей жидкости, и высокая температура, близкая к температуре кипения при этом давлении. В результате при тепловой кавитации схлопывание пузырька никогда не будет слишком интенсивным — высокое давление и температура паров внутри него будут тормозить этот процесс и дополнительно подпитываться теплом, выделяющимся при конденсации. В то же время крайне низкое давление в пузырьках, образующихся при скоростном разрыве, мало препятствует их схлопыванию. Поэтому такое схлопывание будет гораздо более быстрым, чем при тепловой кавитации, а возникающие при этом локальные гидроудары — гораздо более интенсивными. Более того, использование жидкостей с низким парообразованием, например, различных масел, может обеспечить внутри таких пузырьков весьма высокую степень разрежения. Поскольку для получения «свободной энергии» наиболее перспективными представляются самые экстремальные условия, то основное внимание следует уделить именно этой, «механической», разновидности кавитации. В соответствии с вышесказанным, я склонен считать «истинной кавитацией» лишь пузырьки-пустоты при скоростном разрыве, а тепловую кавитацию рассматривать как разновидность термодинамических процессов. Неудивительно, что и время роста, и время исчезновения «тепловых» пузырьков как минимум на один-два порядка превышает аналогичные времена при «скоростной» кавитации. Это различие принципиально, так же как принципиальна и практическая безвредность тепловой кавитации. Ни один чайник и ни одна кастрюля ещё не пострадали от тепловой кавитации как таковой. Накипь для них гораздо опаснее. Более того, хотя при «скоростной» кавитации повышение общей температуры жидкости и приводит к более интенсивному образованию кавитационных пузырьков, в силу большего внутреннего давления эти пузырьки становятся менее «злыми» и менее опасными. Чуть подробнее это будет рассмотрено ниже. Различие причин появления пузырьков при всей внешней схожести процессов приводит к существенно разным условиям и результатам. В дальнейшем на этой странице речь будет идти именно о «механической» низкотемпературной кавитации, и лишь иногда придётся упомянуть её тепловую «сестру». Термодинамика пузырьковБезусловно, при образовании и исчезновении кавитационных пузырьков, даже если они возникают «механическим путём» из-за скоростного разрыва потока, происходят термодинамические процессы. Во время роста пузырька жидкость со стенок полости интенсивно испаряется в образующуюся пустоту. В соответствии с классической термодинамикой, это должно сопровождаться существенным охлаждением образовавшегося пара и тончайшего слоя жидкости на границах полости. Однако каков реальный результат этого процесса? Вследствие охлаждения процесс испарения становится менее интенсивным, а равновесное давление паров жидкости снижается, обеспечивая более высокую степень разрежения внутри пузырька по сравнению с равновесной концентрацией паров для температуры основного объёма жидкости. При исчезновении пузырька происходит обратный процесс — повышение давления и конденсация этих холодных паров с выделением теплоты. В силу краткого времени жизни пузырька, обычно исчисляемого малыми долями секунды, эти процессы можно считать адиабатическими и потому не влияющими на тепловой баланс даже в ближайших окрестностях, за исключением тонкого слоя стенок пузырька. В связи с этим явления испарения и конденсации при кавитации в первом приближении можно исключить из рассмотрения как малозначащие, а связанные с ними термодинамические эффекты считать несущественными, по крайней мере, для одиночных пузырьков с малым временем жизни. В результате наиболее значимыми остаются лишь механические аспекты кавитации, — а они оказываются теми же самыми, что характерны для обычного гидроудара. Это образование области пустоты из-за скорости и несжимаемости жидкости (а следовательно, и её нерастягиваемости без разрыва), и повышение давления при «схлопывании» пузырька из-за скоростного напора его сходящихся стенок. Если же время жизни пузырька достаточно велико (зона кавитации имеет большую протяжённость), его объём действительно может заполниться парами до состояния равновесия с жидкостью, но давление этих паров всё равно очень низко, и обычно, по сравнению с давлением на других участках русла потока, им вполне можно пренебречь, приравняв его к вакууму (конечно, это не глубокий «космический» вакуум, но с точки зрения механики разность между перепадами давления в 1.00 и 0.98 атм — 2% — в подавляющем большинстве случаев не имеет никакого значения; при большем давлении жидкости эта разница ещё меньше, например при характерных для водопровода избыточных давлениях от 2 до 6 атм она составит от 0.7% до 0.3% соответственно). Рост и схлопывание пузырьковКавитационный пузырёк за время своей жизни проходит две важнейшие стадии — рост и схлопывание. В большинстве случаев эти процессы происходят с разной скоростью, причём эта разница принципиальна и обуславливает многие особенности кавитации. Асимметрия роста и схлопыванияРост кавитационного пузырька почти всегда происходит намного медленнее, чем его схлопывание — и чем выше напор жидкости, тем больше эта разница. Дело в том, разрыв потока определяется «отрицательным» давлением, то есть разрывающими усилиями, возникающими в толще жидкости. Для сверхчистых жидкостей в специальных условиях эти усилия могут достигать весьма существенных величин, однако в обычных условиях, да ещё в движущемся потоке, жидкость рвётся почти без усилий. С учётом того, что перед разрывом все части жидкости в ближайших окрестностях точки разрыва имели практически одинаковую скорость, их расхождение будет достаточно медленным, что ограничивает скорость роста каждого отдельного пузырька. Если условия требуют более интенсивного роста, то это будет компенсироваться увеличением количества точек разрыва, т.е. бóльшим дроблением жидкости — вплоть до превращения её в пену, — но сами образующиеся пузырьки будут иметь примерно один и тот же размер. По мере дальнейшего роста в зависимости от расположения исходных «точек разрыва», эти пузырьки могут разрастаться и объединяться. При стабилизации кавитационных условий возможна «перегруппировка» пузырьков, когда часть из них исчезнет, а оставшаяся часть увеличится в размерах, однако этот процесс потребует достаточно заметного времени, исчисляемого как минимум несколькими миллисекундами. Когда условия для кавитации пропадают и внешнее давление начинает нарастать, стенки пузырька устремляются навстречу друг другу. Этот процесс прямо определяется внешним давлением, и чем оно выше, тем больше сила, действующая на стенки, тем больше их ускорение. Правда, поскольку максимальная скорость передачи механических воздействий в жидкости определяется скоростью распространения в ней звука, скорость схлопывания не должна превысить скорость звука (взаимная скорость в месте схлопывания и определяемая ею сила гидроудара, соответственно, — удвоенную скорость звука). Однако и этого более чем достаточно для достижения фантастических давлений. Скажем, оценка по формуле Жуковского для воды даёт давление в точке схлопывания порядка 4 ГПа (примерно 40000 атмосфер, что соответствует напору водяного столба высотой 400 км). Это на один-три порядка превышает пределы прочности почти всех известных материалов, включая сталь, — как на сжатие, так и на растяжение. Таким образом, можно сказать, что во время роста пузырьков ничего особо экстремального и разрушительного не происходит. Всё самое необычное может происходить лишь в момент схлопывания пузырька. Это подтверждается экспериментальными фактами, например, однозначно установлено, что вспышки при сонолюминесценции происходят именно в момент схлопывания пузырька, а не в период его образования. О разогреве при схлопыванииТем не менее, обычно удар не бывает столь жёстким. Дело в том, что какая-то толика паров в объёме пузырька присутствует всегда. Количество их мало, и потому большую часть процесса схлопывания они не оказывают сколько-нибудь существенного сопротивления сближению стенок пузырька. И лишь в самом конце, когда оставшийся объём пузырька составляет проценты или доли процента от его максимального объёма, их давление становится сравнимо с внешним давлением на стенки пузырька. Однако стенки уже набрали скорость и инерцию, поэтому остановить их не так просто. В результате скоростной напор стенок продолжает сжимать пузырёк, и давление в нём становится намного больше давления в основной толще жидкости. При этом в силу кратковременности процесса, длящегося на этой стадии не милли-, а микросекунды, даже при нормальной температуре все пары не успеют сконденсироваться. Но температура в центре схлопнувшегося пузырька не нормальная — в результате адиабатического сжатия она намного превышает температуру основной жидкости. В зависимости от условий схлопывания это превышение может достигать десятков и сотен градусов (иногда приводятся значения 8000°С,11000°С и даже 20000°С — втрое выше, чем на поверхности Солнца — но это весьма сомнительно, т.к. сине-голубой свет сонолюминесценции примерно соответствует теоретическому излучению «абсолютно чёрного тела» при температуре 6000°С, хотя мы можем не видеть более «высокотемпературной» ультрафиолетовой составляющей, активно поглощаемой жидкостью). Существуют теории, утверждающие, что при схлопывании пузырька основная жидкость принципиально конденсируется полностью, но вот ранее содержавшиеся в ней и оставшиеся в пузырьке газы раствориться обратно не успевают, и именно они испытывают адиабатическое сжатие. Подтверждением этого можно считать сильную зависимость сонолюминесценции от вида растворённых в воде газов (одно- или двухатомных), а также тот факт, что молекулярный вес одноатомных газов оказывает огромное влияние на яркость сонолюминесценции. Таким образом, в конце схлопывания пузырька в его центре мы имеем «нано-облачко» газа с огромным давлением и температурой. Это облачко несколько «амортизирует» жёсткий удар в конце схлопывания. Но всё это длится слишком короткий период времени, исчисляемый микросекундами. Потом ударная волна расходится от центра бывшего пузырька, давление и температура там падают, несконденсированные пары, если они ещё остались, благополучно конденсируются, а газы вновь растворяются в жидкости. Затем теплообмен в течении считанных миллисекунд приводит все параметры жидкости в этом месте в состояние, практически не отличающееся от остального её объёма. При действительно сильном схлопывании этот процесс принимает характер повторных гидроударов и повторяется несколько раз с постепенным затуханием. Особо следует подчеркнуть, что чисто адиабатический разогрев не даёт дополнительной энергии и в конечном счёте не способен изменить исходную температуру жидкости. Однако при этом возможен дополнительный разогрев жидкости за счёт энергии, освобождающейся при торможении струи во время кавитационных процессов, то есть за счёт гидравлического трения. Но это не внутренняя энергия жидкости, а внешняя энергия, затраченная непосредственно на разгон жидкости или на создание напора, обеспечивающего этот разгон. Среди прочего, об этом говорят и многие результаты тестирования известных «кавитационных генераторов» ЮСМАР, давая для них неплохой КПД (вплоть до 95% и выше), но не подтверждая их сверхъединичность относительно «взятого из розетки». Кавитация и свободная энергияИ всё же, может ли кавитация дать «свободную энергию»? Как говорилось выше, ни с механической, ни с термодинамической точки зрения ждать получения дополнительной энергии от кавитации не стоит. Похоже, то же самое относится и к любым другим механизмам в рамках общепринятой физики. Многочисленные опыты и тщательные измерения различных кавитационных генераторов подтверждают это. В то же время, существует достаточно много сведений о работе тех или иных конструкций, использующих кавитацию. Многие из них абсолютно независимы друг от друга, и некоторые выглядят вполне правдоподобно, а мотивы личной заинтересованности рассказчиков не просматриваются (если, конечно, они не ставили себе целью прослыть лжецами или доверчивыми простачками). Однако, дальнейшая судьба таких устройств либо умалчивалась, либо выяснялось, что после их модификации сами авторы не могли получить самоподдерживающийся режим, а попытки восстановить прежний режим работы также терпели фиаско. Всё это говорит о том, что если и есть какие-то эффекты, обеспечивающие при кавитации получение дополнительной энергии, то авторы подобных установок натыкались на них эмпирически, а затем, не зная истинной природы полученной энергии, в попытках улучшить своё устройство разрушали случайно достигнутые оптимальные условия и более не могли их восстановить. Несколько особняком стоят устройства Шаубергера и Клема. Ни тот, ни другой не указывали кавитацию в качестве хоть сколько-нибудь значимой особенности своих устройств. Тем не менее, и в том, и в другом случае использовались быстродвижущиеся жидкости, и потому кавитация в тех или иных масштабах несомненно имела место. Возможные источники свободной энергииИтак, общепризнанные в физике механизмы не могут дать получения дополнительной энергии при кавитации. Химические реакции как возможный источник энергии также исключаются — химия не допускает возможности реакций внутри вещества, химический состав которого стабилен в течении длительного времени, а реакция с материалами деталей при нужной интенсивности процесса «съела» бы всю установку за считанные минуты, чего в действительности, конечно, не наблюдается. Может ли быть какой-либо другой механизм, позволяющий получить такую энергию? Возможно, да. Одно время в качестве такого механизма я рассматривал так называемые «фазовые переходы высшего рода» (ФПВР), о которых говорит Е.И.Андреев. По его мнению, они лежат в основе всех химических реакций, в том числе и обычного горения. По сути ФПВР является ядерным процессом с мизерным дефектом массы (~10–8), при котором отсутствует превышающее естественный фон радиационное излучение, а атомы сохраняют свои физические и химические свойства. Вместе с тем при многократном повторении, когда используется ограниченный объём рабочего тела в замкнутом цикле, дефект массы будет нарастать, а это постепенно приводит к изменению физических и химических свойств атомов (трансмутациям). Естественно, что структура и организация атомов по Андрееву кардинально отличается от общепринятых современных моделей, хотя внешние проявления соответствуют результатам опытов. Для инициации ФПВР необходимо подвергнуть атом довольно экстремальным условиям, обеспечивающим некоторое нарушение его весьма стабильной структуры. Это могут быть сильные электрические и магнитные поля, это могут быть высокие температуры, это могут быть и механические воздействия на атом, — прежде всего резкие ускорения, буквально «встряхивающие» атомы, — а именно такая «встряска» как раз и имеет место при сильных перепадах давления. Подготовку атома к ФПВР обеспечивают не только очень сильные однократные, но и более слабые многократные воздействия на него, которые как бы расшатывают структуру атома, активизируя его и снижая порог воздействия, необходимого для ФПВР. Если же такой «активизированный» атом на некоторое время оставить в покое, стабильность его структуры восстановится, и для ФПВР снова потребуется более мощное воздействие. Слишком слабые воздействия «расшатать» структуру атомов не способны. В общем случае ФПВР могут идти как с выделением, так и с поглощением энергии, однако обычно внешние воздействия на атом ведут к выделению энергии, ранее использовавшейся для взаимосвязи частиц атома. Именно эта выделяющаяся энергия и может быть движущей силой кавитационных генераторов. Update 2011. К сожалению, критическое рассмотрение теории Базиева-Адреева показало её противоречие с общепризнанными экспериментальными данными — прежде всего как раз на уровне составляющих атомы элементарных частиц. Поэтому сейчас я не могу считать вышеописанный механизм соответствующим действительному положению вещей. О бодрящем холодеПри рассмотрении схлопывания пузырьков мы, по сути, пришли к парадоксальному выводу: чтобы достичь наиболее экстремальных условий при схлопывании кавитационного пузырька — максимально возможных давления и температуры, — температура жидкости, в которой этот пузырёк образуется, должна быть как можно ниже. В основе этого лежит необходимость обеспечения минимального давления внутри пузырька, что должно уменьшить сопротивление его схлопыванию и, соответственно, позволить получить максимальную скорость стенок в конце схлопывания. Как известно, практически всегда парообразование жидкости и равновесное давление её паров резко уменьшается при понижении её температуры. Минимальными эти параметры становятся возле точки замерзания. Этот вывод не зависит от механизма, обеспечивающего получение дополнительной энергии при кавитации, и даже если такового вообще не существует, всё равно — в холодной воде кавитация «злее»! Косвенным подтверждением этого служит, например, существенное повышение яркости сонолюминесценции в более холодной воде, если все прочие условия остаются неизменными. Вспомним утверждения Шаубергера, постоянно подчёркивающего, что наибольшей силой вода обладает при +4°C! Возможно, вода при +1°С обладает ещё большей силой, хотя, насколько мне известно, Шаубергер проводил опыты лишь с подогревом воды выше 4°С, а не с охлаждением её ниже этой температуры. И всё же, скорее всего оптимальной является именно температура, соответствующая наибольшей удельной плотности воды. При более низких температурах вода начинает «готовиться к замерзанию» и её структура изменяется по сравнению с обычной, что проявляется в принципиальном изменении характера зависимости её плотности от температуры для диапазонов ниже и выше +4°С. Эти изменения структуры «замерзающей» воды могут препятствовать слишком высокой скорости сближения стенок при схлопывании пузырьков. Таким образом, для воды наиболее оптимальное соотношение динамических свойств, необходимых для высокой скорости сближения стенок схлопывающегося пузырька, и минимального парообразования, обеспечивающего максимальное разрежение внутри него и минимальное сопротивление схлопыванию из-за внутреннего давления, достигаются при низких температурах, близких к температуре замерзания. Поэтому в теплогенераторах ЮСМАР и им подобных, где циркулирующая вода, являясь одновременно и рабочим телом, и теплоносителем, разогревается до высоких температур, близких к температуре кипения, очень трудно использовать кавитацию для получения дополнительной энергии — высокое внутреннее давление паров в горячих кавитационных пузырьках замедлит их схлопывание и «экстремальность» условий в конце схлопывания снизится. Ведь даже если пузырёк диаметром 1 миллиметр схлопнется за 1 миллисекунду, то его стенки будут сближаться со средней скоростью 1 м/с. Это даст скачок давления лишь в полтора десятка атмосфер — условия, далёкие от экстремальных. К тому же большое количество пара, скорее всего, снизит и эту величину. Поэтому для кавитационных генераторов на воде основным условием должна быть как можно более низкая температура рабочего тела, как и говорил Шаубергер! Возможно, некоторая сверхъединичность тех же теплогенераторов Потапова проявлялась в начале их работы, пока вода была ещё холодной (имеются сведения об уменьшении мощности, потребляемой нагнетателем, по мере разгона потока). Но после разогрева воды при работе в длительном режиме вся «сверхъединичность» исчезала, поскольку кавитация в горячей жидкости становилась слишком «мягкой». Поэтому при длительной работе в установившемся режиме, когда вода уже разогрелась, никакой «сверхъединичности» ожидать от них не стóит. Очевидно, тем же самым объясняется и тот факт, что при температуре воды выше 75°С никакими ухищрениями не удаётся вызвать даже самую слабую сонолюминесценцию. В случае с Клемом ситуация несколько иная. Клем использовал температуру около 150°С, однако в качестве рабочего тела у него была не вода, а циркулирующее по замкнутому контуру масло. Как известно, при такой температуре вязкость масла вполне сравнима с вязкостью воды, в то же время его парообразование остаётся очень низким. Малая вязкость обеспечивала возможность быстрого разгона и высокую скорость схлопывания пузырьков, а низкое парообразование — хорошее разрежение внутри них благодаря малому количеству паров. ♦ |
Обсуждение:Кавитация — Википедия
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Кавитация природный феномен, связанный с появлением в жидкости кавитационных пузырьков (каверн или полостей), которые наполнены смесью из газов и пара, газом или паром. Возникновение кавитации связано с местным понижением давления в жидкости, происходящее при различных обстоятельствах. Гидродинамическая кавитации определяется увеличенной скоростью. При акустической кавитации это прохождение акустической волны большой интенсивности во время полупериода разрежения. Полупериод сжатия интересен тем, что кавитационный пузырек захлопывается при перемещениях с потоками в область более высокого давления. Как было доказано множеством исследований, при процессе захлопывания пузырька излучается ударная волна. Прикладные вопросы кавитации актуальны в связи с разрушением и деформациями оболочки торпед, гребных винтов, акустических излучателей, гидротурбин и т.п. Смотрите, монографию “Низкочастотное излучение развитых кавитационных течений” и др. работы Шамиля Гимбатовича Алиева.
Кавитация происходит в жидкости, когда пузыри формируются и сжимаются в системе насоса или вокруг винтов. Насосы перекачивают жидкость под давлением, но если давление вещества падает или температура увеличивается, то она начинает испаряться, подобно кипящей воде. Поскольку в такой небольшой, чувствительной системе появляются пузыри, которые не могут избежать этого явления, то они сжимаются, причиняя физический ущерб частям насоса или винта.
Комбинация ограничений температуры и давления приведет к кавитации в любой системе. Никакой изготовитель или промышленный техник не хочет запускать насосы, которые постоянно подвергаются кавитации, так как это навсегда повредит камеры устройства. Парообразование действительно вызывает громкий, грохочущий шум, поскольку пузыри сжимаются и заставляют жидкость перемещаться со скоростью выше скорости звука!
В каждом насосе есть винт, который перегоняет жидкость из одной камеры в другую. Жидкость нормально выводится через клапан так, что она может делать другую работу в другой части машины. Иногда это устройство называется гидротурбиной. Даже если общая камера остается под тем же давлением, и материалы регулируются температурными показателями, кавитация происходит прямо около поверхности винта.
Винт вращается в жидкости и действительно создает локализованные различия в давлении вдоль лопастей винта. Это может даже произойти под водой в подлодке или корабельном винте. Пузыри кавитации появляются в области низкого давления, но потом сразу же стремятся сжаться с такой силой, что в результате образуются вмятины и дыры в металле. Винт, подверженный кавитации, имеет сходство с поверхностью луны с небольшими, разбросанными воронками.
Есть два типа кавитации, которые могут произойти на разных этапах подкачки, но оба – результаты того же самого явления. Всасывающая или классическая кавитация происходит вокруг гидротурбины при движении потока жидкости через камеру. Движение винта создает изменения в давлении, необходимые для парообразования.
Нагнетательная кавитация или кавитация, появляющаяся в процессе рециркуляции, является результатом изменения давления на этапе выхода, нагнетательный клапан. Клапан не способен выпустить всю жидкость так же быстро, как требуется, поэтому текущие скорости различных потоков создают минимальные изменения в однородном давлении. Даже таких небольших изменений достаточно, чтобы создать идеальные условия для кавитации.
Перевод англоязычной статьи http://www.wisegeek.com/what-is-cavitation.htm
M6majka 13:40, 20 июня 2006 (UTC)
(Перенесенно мной –Василий 14:06, 7 июля 2006 (UTC))
Эрозия материалов под воздействием кавитации[править код]
В статье нет ни ссылки, ни описания процесса эрозии материалов под воздействием кавитации. — Эта реплика добавлена участником ПСВ (о • в) 12:27, 24 ноября 2009 (UTC)
Изменение веса тел вращения-как природа кавитации[править код]
Тема изменения веса тел вращения из исследований веса волчков, гироскопов. Волчки весят по-разному в зависимости от направления вращения. При вращении по часовой уменьшают вес. Против часовой нет. Не путать вес и массу! Вода в винте становится телом вращения-меняют свой вес. С переменной зависимостью от положения к ускорению свободного падения-к вектору силы тяжести. Так же в зависимости от географической широты и курса судна(азимута).
Метод кавитации – что это? Для чего нужна процедура и какие есть противопоказания к кавитации?
Одной из актуальнейших проблем нашего времени является лишний вес, а также связанные с ним последствия, которые отражаются не только на внешнем виде, но и нередко представляют серьезный риск для здоровья. Такие внешние дефекты, как потеря кожей упругости, дряблость, лишние объемы на талии, нарушения линии фигуры, устраняются массой всевозможных способов: от диет и фитнеса до терапевтических и хирургических средств. Разрабатываются и новые методы преодоления этих проблем. В последнее время коррекцию фигуры чаще проводят с помощью кавитации. Что это такое?
Кавитация как понятие и области ее применения
Под кавитацией понимается процесс парообразования и последующей конденсации в потоке жидкости пузырьков пара и образования в ней полостей (каверн, или кавитационных пузырьков), которые заполнены паром самой жидкости. Данный процесс нашел широкое применение в промышленности, военной технике и иных смежных с ними областях.
Кавитация в медицине
Эффект кавитации используется и в биомедицине. Кавитацию применяют в работе хирургических инструментов при бескровном иссечении тканей плотных органов, при сонопорации. Необходима она и при удалении камней в почках, которое проводится с помощью ударной волны литотрипсии. В стоматологии кавитация используется при ультразвуковой чистке зубов для удаления пигментированного налета и зубного камня.
Новейшая кардинальная методика заняла ведущее место и в косметологии. В ее основе заложены явления кавитации. Что это за процедуры, ставшие наиболее значительным конкурентом хирургической липосакции?
Эстетическая медицина
Все современные средства, используемые для коррекции фигуры, условно делят на терапевтические и хирургические. К первым относят лимфодренажный и вакуумный массаж, миостимуляцию, электролиполиз, озонотерапию, различные виды обертываний. Популярным хирургическим средством является классическая липосакция. Все эти методы давно применяют в центрах эстетической медицины. Но не все из них решают проблемы целлюлита и других дефектов тела. Поэтому специалисты уделяют внимание изучению новых, более прогрессивных методик. Наиболее эффективной и безопасной из них считается кавитация тела. Что это за процедура, насколько она эффективна и безопасна?
Сегодня это наиболее эффективная процедура по удалению жировых отложений в проблемных местах – на животе, бедрах, руках, спине, не требующая хирургического вмешательства. Поэтому при безрезультатности неаппаратных методов коррекции фигуры рекомендуется именно кавитация. Что это такое, фото демонстрирует 
наглядно – разница линий тела до и после проведения процедур очевидна. Процедура позволяет убрать проблемные дефекты, скорректировать фигуру. После процедуры на поверхности кожи не остается шрамов и рубцов. Новейшая методика позволяет приобрести гармоничную стройность, убирая недостатки только в нужных зонах.Методика проведения
Каждый пациент задается вопросом при рекомендации курса кавитации. Что это за методика, посредством которой из организма удаляется жировая ткань? Ее суть заключается в том, что при проведении процедуры на проблемные участки тела воздействуют низкочастотным ультразвуком мощностью, выдержанной в параметрах 37-42 КГц. Микровзрывы пузырьков газа, образуемые за счет освобождения большего количества энергии, способствуют разжижению ненужных жировых отложений и повреждают клеточные мембраны адипоцитов, освобождая триглицериды, составляющие жировые клетки. Они выводятся из организма посредством метаболических процессов. Через лимфатическую систему их выводится примерно 90%, остальная часть абсорбируется в кровеносное русло, где преобразуется в молекулы глюкозы. Следует отметить, что воздействие ультразвука на другие ткани и клетки (эндотелий сосудов, клетки эпидермиса, мышечные фибриллы и другие) вредного воздействия не оказывает. Они не подвергаются разрушению, поскольку их отличает высокий коэффициент эластичности. Отсутствие вреда подтверждено результатами многих исследований, которые проводились до того, как ввести аппарат для кавитации в практику.
Приборы для проведения процедуры кавитации и лифтинга (профессиональные, портативные, многофункциональные) хорошо зарекомендовали себя в крупных медицинских клиниках, салонах красоты. Они достаточно эффективны в своем главном предназначении – коррекции фигуры, омоложении и подтяжки кожи, устранении целлюлита, отбеливании, лимфодренаже, восстановлении эластичности и тургора, а также улучшении обмена веществ. С помощью данных аппаратов практикуются самые различные программы для общего омоложения кожи.Показания для процедуры
Для устранения дефектов в таких проблемных зонах, как живот, ягодицы, боковые поверхности бедер, рекомендуется ультразвуковая кавитация. Что это такое, объясняют на консультациях в медицинских клиниках, практикующих так называемую кавитационную липосакцию, дающую результаты, равные хирургическому вмешательству. В эстетической медицине она признана самой эффективной терапевтической процедурой.
Показаниями для кавитации являются избавление от локальных “ловушек жира”, снижение проявлений фиброза, коррекция дряблости кожных покровов и дефектов после хирургической липосакции.
Процедура кавитации
Как выполняется УЗ-кавитация? Что это такое? Проведение процедуры во многом зависит от степени ожирения, от площади проблемной зоны. Косметолог после осмотра выбирает наиболее подходящую программу и проходит рабочей манипулой по поверхности. На кожу предварительно наносится липолитический гель, снижающий трение, которое возникает между прибором и кожей. Гель при проникновении в подкожные слои эпидермиса также способствует ускорению распада жировых клеток.
Кавитационное воздействие ультразвука происходит именно в жировой ткани и не задевает окружающие ткани. Это происходит благодаря конструкции манипулы, глубина воздействия которой не превышает 2-3 см.
Квалифицированный специалист, проводящий сеанс кавитации, старается не фиксировать прибор над проекцией крупных суставов, органов малого таза и паренхиматозных органов.
Выбор метода воздействия
Выбор метода воздействия, программы и параметр частоты, необходимый для сокращения жировых отложений, подбирает специалист. Многое зависит от локализации проблемных участков, их значительности, близости крупных суставов. С помощью высокочастотной кавитации проводится около 10 сеансов, по длительности не превышающих 30 минут. Их обычно бывает достаточно, так как высокие частоты позволяют использовать стабильный способ воздействия.
Процедуры с низкими частотами назначаются 1 раз в неделю. Всего их курс может составлять 6-8 сеансов по 40 минут. При данной программе движения ультразвуковой манипулой медленны и равномерны, фиксирование прибора на одном месте не рекомендовано.
Пациент во время кавитации чувствует себя комфортно. При ультразвуке 2,7 МГц могут быть выражены ощущения приятного тепла и вибрации в проекции манипулы, при 40 кГц чаще уже в конце процедуры может возникнуть чувство покалывания непосредственно в зоне обработки.
В среднем длительность сеанса кавитации может составлять 20-30 минут, максимальная – 60 минут, но не выше, чтобы не допустить перегрева. При необходимости назначаются повторные курсы кавитации с интервалом в полгода. Для усиления работы экскреторной системы обычно рекомендуются лимфатические дренажи.
Эффект кавитации
На интернет-форумах часто встречаются вопросы: «Кавитация – что это»? Отзывы тех, кто пробовал данную процедуру, несколько расходятся. Есть те, кто доволен полученным результатом, есть те, кто не заметил никакого эффекта.
Однако результат достигается уже после первого сеанса кавитации. Что это происходит, пациенты не всегда видят, поскольку нередко в первый же день ожидают значительного уменьшения объемов, изменений в весе. Все эти признаки более заметны уже после последующих процедур. Немало зависит и от объема жировой ткани, естественно, что при незначительных проблемных зонах за один сеанс можно потерять до 10-15 куб. см жира, что означает уменьшение объемов в области талии приблизительно на 3 см.Также немаловажно для достижения лучших результатов придерживаться активного образа жизни, правильного режима питания.
Преимущества кавитационной липосакции
Кавитация проводится без негативных последствий, которые нередко проявляются после проведения хирургических операций. Ее основными преимуществами являются неинвазивность, атравматичность, безболезненность, незначительные затраты времени для проведения процедур, быстро достижимый эстетический результат, отсутствие периода реабилитации.
Противопоказания
Среди нежелательных моментов для проведения кавитации особо выделяются кожные заболевания, сахарный диабет, некоторые заболевания сердечнососудистой системы, онкологические патологии, остеопороз, почечная недостаточность, металлические имплантаты в организме. Также есть места, где эмиссию ультразвука не рекомендуется проводить. Это область суставов, ушей, желез и гениталий. Поэтому прежде чем проводить процедуру, лучше проконсультироваться у врача, насколько для вас может быть безвредна кавитация, что это противопоказания, которые не касаются непосредственно вас.Специалисты, проводящие процедуру должны собрать полный анамнез пациента, дать рекомендации по режиму питания и физическим нагрузкам. Если в процессе обследования выясняется, что противопоказания отсутствуют, проводится кавитация.
В большинстве случаев это одна из результативных и безопасных современных методик, используемых в эстетической медицине, дающая возможность получить ожидаемый эффект, который, как правило, удовлетворяет и пациента, и врача.
Явление кавитации. Кавитация в насосах
В результате эксплуатации насосной системы в условиях низких атмосферных давлений, либо при перекачивании высокотемпературных жидкостей, либо при высоте всасывания выше допустимой, в трубопроводе может возникнуть явление кавитации, сопровождаемое характерной вибрацией, потрескиванием, шипением и прочими шумами внутри насоса и ведущее к быстрому износу его рабочего колеса.
В перекачиваемой рабочей жидкости в некоторых участках трубопровода давление потока может понизиться до критического, из-за чего в сплошном потоке образуются множественные пузырьки паров и газов, выделяемых жидкостью, которые под действием разряжения разрастаются до больших пузырей-каверн. Попадая затем в области с давлением выше критического, эти каверны лопаются и бесследно исчезают в результате конденсации. Захлопывание пузырей происходит очень быстро и сопровождается гидравлическими ударами, ведущими к кавитационной эрозии, механически разрушающей поверхности рабочих деталей насосного оборудования и затрудняет его дальнейшую эксплуатацию.
Заполненный движущимися пузырьками участок называется кавитационной зоной, которая обычно образуется при уменьшении давления жидкости у входа в рабочее колесо ниже давления упругости пара. Напор рабочей жидкости снижается иногда до полного прекращения ее подачи, в результате чего резко уменьшается производительность (к.п.д.) насосного агрегата.
Для того, чтобы гарантированно исключить возможность возникновения кавитации, на каждого насоса рассчитываются кавитационные характеристики.
Критическое давление меняется в широком диапазоне в зависимости от состояния и физических свойств перекачиваемой жидкости, поэтому для определения кавитационных характеристик за критическое принимается давление паров жидкости при конкретной температуре.
Предотвратить кавитацию в проточной части насосной системы можно с учетом причин общего и местного снижения давления. Но более надежным способом ослабления и полного предотвращения кавитации является оптимальный геодезический расчет места установки насоса и соответствующие ему выбор высоты всасывания и температура перекачиваемой жидкости. Уменьшая высоту всасывания или увеличивая подпор по сравнению с расчетными значениями, можно создавать определенный запас, который гарантирует надежной и бесперебойной работы насосной системы без кавитации.
Максимальной прочностью к последствиям кавитации обладают насосы, изготовленные из бронзы или нержавеющей стали, с применением специальных защитных покрытий наиболее подверженных стиранию и воздействию кавитации деталей. В виде покрытий применяется местная поверхностная закалка, наплавка поверхностей твердыми сплавами и металлизация поверхностей в холодном состоянии.
Явление кавитации в гидротурбинах | Гидравлическое оборудование ГЭС и его монтаж
Страница 4 из 83
В процессе работы гидроагрегата поверхности деталей проточной части турбин подвергаются своеобразному губчатому разрушению (рис. 1-8). Эти разрушения вызываются кавитацией, представляющей собой сложное физическое явление, возникающее в потоке при быстром течении жидкости.
Особенно сильно подвергаются разрушениям от кавитации тыльные поверхности лопастей рабочих колес и поверхности камер рабочих колес осевых турбин, рабочие колеса и фундаментные кольца радиально-осевых турбин. Явление кавитации может приводить к весьма значительным разрушениям турбины.
Кавитация сопровождается шумом, ударами и повышенной вибрацией агрегата. При этом сильно снижаются к. п. д., пропускная способность и мощность турбины.
Одной из главных причин возникновения кавитации считается резкая местная пульсация гидродинамического давления в потоке. При очень высоких скоростях течения жидкости сплошность потока нарушается и в зоне наивысших скоростей образуются полости или каверны, заполненные парами жидкости, величина давления которых определяется температурой окружающей среды. Эти полости и каверны переносятся затем потоком в зону более высоких давлений, где происходит конденсация пара в полостях и их разрыв. 
Рис. 1-8. Поверхность рабочей лопасти, разрушенная кавитацией.
Если полости замыкаются на поверхности какой-либо детали, то эта поверхность начинает разрушаться. При кавитации наблюдаются электрические явления, вызывающие свечение кавери, а также начинают протекать химические реакции, приводящие к окислению (коррозии) металла.
Одним из способов борьбы с разрушающим действием кавитации является применение кавитационностойких материалов для деталей проточного тракта турбин. Такими материалами в настоящее время являются пока только хромистые нержавеющие стали.
Однако наиболее действенная борьба с кавитацией должна заключаться в обеспечении бескавитационных условий работы турбины. Такие условия могут быть созданы выбором соответствующего типа турбины и напора, ограничениями режимов работы агрегата и расположением турбины относительно нижнего бьефа.
В реактивных турбинах избежать или снизить кавитацию можно, расположив рабочее колесо над уровнем нижнего бьефа или ниже его на высоте, не превышающей допускаемой величины по условиям бескавитационной работы турбины. Высота расположения рабочего колеса реактивной турбины относительно нижнего бьефа называется высотой отсасывания Н8.
Допустимую высоту отсасывания, при которой не должна возникать кавитация, определяют по формуле
(1-19)
где В— атмосферное давление на ГЭС, м вод. ст.;
Н — полный напор станции, м;
σ—кавитационный коэффициент, определяющий начало возникновения кавитации и представляющий собой отношение динамического вакуума в турбине к напору.
Величина атмосферного давления зависит от высоты расположения гидроэлектростанции над уровнем моря и приближенно равна:
где 10,33 — атмосферное давление на уровне моря, м. вод. ст.,
↓ — абсолютная отметка оси рабочего колеса турбины над уровнем моря.
Подставив в формулу (1-19) значение В, получим:
откуда видно, что высоту отсасывания для данной установки определяет величина кавитационного коэффициента, допустимое значение которого будет равно:
(1-20)
Определяемый по формуле (1-20) о обычно называют кавитационным коэффициентом станции σст, так как его величина зависит только от параметров установки.
Мерой пригодности турбины для работы при данном напоре служит кавитационный коэффициент турбины σт, зависящий от формы и размеров проточной части турбины η режимов ее работы. Кавитационный коэффициент турбины определяют опытным путем при модельных испытаниях турбины. Он является определенной величиной для каждого рабочего колеса и в виде соответствующих кривых наносится на универсальную характеристику турбины.
Рис. 1-9. Отсчет высоты отсасывания для турбин различных типов.
Практически в современных крупных гидротурбинах кавитационный коэффициент колеблется в пределах 0,4—2,0 для осевых турбин и 0,03—0,35 для радиально-осевых турбин.
Для предупреждения возникновения кавитации при проектировании гидроэлектростанций необходимо учитывать, что кавитационный коэффициент турбины должен быть несколько менее кавитационного коэффициента станции. Этого можно достичь путем применения турбин с малым σт либо путем увеличения σст. Однако увеличение σст может привести к значительным заглублениям турбины и, следовательно, к увеличению объема строительных работ. Иногда высоту отсасывания из-за условий кавитации приходится делать отрицательной и устанавливать рабочее колесо под уровнем нижнего бьефа. Поэтому обычно стремятся применять турбину с меньшим σт, т. е. с повышенными кавитационными качествами.
Высота отсасывания Н для вертикальных поворотно-лопастных и пропеллерных гидротурбин отсчитывается от оси поворота лопастей рабочего колеса до поверхности нижнего бьефа (рис. 1-9,в), а для радиально-осевых гидротурбин — от плоскости нижнего кольца направляющего аппарата до поверхности нижнего бьефа (рис. 1-9,а). В горизонтальных гидротурбинах высотой отсасывания является расстояние от наивысшей точки лопастей рабочего колеса до поверхности нижнего бьефа (рис. 1-9,б). Высота отсасывания считается положительной, если уровень воды в нижнем бьефе находится ниже указанных условных отметок отсчета, и, наоборот, отрицательная высота отсасывания показывает заглубление рабочего колеса под уровень воды в нижнем бьефе.