Явление кавитации: Явление кавитации. Кавитация в насосах

Явление кавитации, применение, процесс, вред и польза

• Процесс
• Вред
• Польза
• Применение

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.

Пуля из пузыря

Недавно норвежская компания DSG Technology представила новый тип боеприпасов для стрелкового оружия, которыми можно эффективно вести огонь как на суше, так и под водой.

Новые пули используют одно из физических явлений, с которым лучше всего знакомы моряки. Речь идет о кавитации — процессе образования и быстром схлопывании в жидкости пузырьков, заполненных паром. Изначально явление кавитации считалось вредным, способным только вредить кораблям. Но позднее ему нашли и полезное применение. Мы решили вспомнить, каким образом военные используют кавитацию себе на пользу.

Во второй половине XIX века начали появляться пароходы с гребными винтами, способные развивать скорость в несколько десятков узлов. Эти машины могли быстро перевозить пассажиров и вообще выгодно отличались от медлительных парусных судов. Однако вскоре моряки столкнулись с неприятным эффектом: поверхность гребных винтов через некоторое время эксплуатации становилась шершавой и разрушалась. Гребные винты тогда изготавливались из стали и сами по себе быстро корродировали в воде, поэтому их разрушение поначалу списывали на неблагоприятное воздействие морской воды.

Но в конце XIX ученые, включая Джона Уильяма Стретта, лорда Рэли, описали явление кавитации.

Кавитация — физическое явление, при котором в жидкости позади быстро движущегося объекта возникают мельчайшие пузырьки, заполненные паром. Например, при вращении гребного винта такие пузырьки появляются позади лопастей и на их задней кромке. Появившись, эти пузырьки практически моментально схлопываются и образуют ударную волну. От каждого пузырька в отдельности она совсем незначительна, однако при длительной эксплуатации эти ударные микроволны, помноженные на количество пузырьков, приводят к разрушению конструкции винтов. Шершавые, растерявшие часть лопасти винты существенно теряют в своей эффективности.

Современные гребные винты изготавливаются из специального сплава — куниаля. Это сплав на основе меди с добавлением никеля и алюминия. Отсюда и название — куниаль (CuNiAl,

Cuprum-Niccolum-Aluminium). Сплав по прочности соответствует стали, но не подвержен коррозии; гребные винты из куниаля могут находиться в воде десятилетиями без какого-либо вреда. Тем не менее, даже эти современные гребные винты подвержены разрушению из-за кавитации. Но специалисты научились продлевать срок их службы, создав гидроакустическую систему. Она определяет начало кавитации, чтобы экипаж мог снизить частоту вращения винтов для предотвращения образования пузырьков.

В 1970-х годах для кавитации было найдено полезное применение. Научно-исследовательский институт ВМФ СССР разработал скоростную подводную ракету-торпеду «Шквал». В отличие от обычных торпед, использовавшихся тогда и стоящих на вооружении сегодня, «Шквал» может развивать колоссальную скорость — до 270 узлов (около 500 километров в час). Для сравнения, обычные торпеды могут развивать скорость от 30 до 70 узлов в зависимости от типа. При разработке ракеты-торпеды «Шквал» исследователи благодаря кавитации сумели избавиться от сопротивления воды, мешающего кораблям, торпедам и подводным лодкам развивать большие скорости.

Любой даже обтекаемый объект под водой имеет большое лобовое сопротивление. Это связано с плотностью и вязкостью воды — бóльшими, чем у воздуха. Кроме того, при движении под водой поверхности объекта смачиваются и на них появляется тонкий ламинарный слой с большим градиентом скорости — от нуля у самой поверхности объекта до скорости потока на внешней границе. Такой ламинарный слой создает дополнительное сопротивление. Попытка преодолеть его, например мощностью двигателей, приведет к увеличению нагрузок на гребные винты и быстрому износу корпуса подводного объекта из-за деформации.

Советские инженеры во время экспериментов выяснили, что кавитация позволяет существенно снизить лобовое сопротивление подводного объекта. Ракета-торпеда «Шквал» получила ракетный двигатель, топливо в котором начинает окисляться при контакте с морской водой. Этот двигатель может разгонять ракету-торпеду до большой скорости, на которой в носовой части «Шквала» начинает образовываться кавитационный пузырь, полностью обволакивающий боеприпас. Образованию кавитационного пузыря способствует специальное устройство в носовой части ракеты-торпеды — кавитатор.

Кавитатор на «Шквале» представляет собой наклоненную плоскую шайбу, в центре которой размещено отверстие для забора воды. Через это отверстие вода поступает в двигательный отсек, где происходит окисление топлива. На краях же шайбы кавитатора и образуется кавитационный пузырь. В этом пузыре ракета-торпеда буквально летит. Модернизированная версия «Шквала» может поражать корабли противника на дальности до 13 километров. По сравнению с дальностью обычных торпед (30–140 километров) это немного, и в этом заключается главный недостаток боеприпаса. Дело в том, что в полете ракета-торпеда издает сильный шум, демаскирующий позицию подлодки, запустившей ее. 13 километров «Шквал» покрывает очень быстро, но за это время подлодка не успеет уйти от ответного огня.

Ракета-торпеда, летящая в кавитационном пузыре, не может маневрировать. Это вполне понятно: в кавитационной полости боеприпас не может взаимодействовать с водой, чтобы изменить направление. Кроме того, резкая смена траектории движения приведет к частичному схлопыванию кавитационной полости, из-за чего часть ракеты-торпеды окажется в воде и на большой скорости разрушится.

Изначально «Шквал» оснащался ядерной боевой частью мощностью 150 килотонн, которую позднее заменили обычной фугасной боевой частью с взрывчатым веществом массой 210 килограммов. Сегодня, помимо России, кавитирующие торпеды имеют на вооружении Германия и Иран.

В 2014 году Технологический институт Харбина представил концепцию подводной лодки, способной перемещаться под водой на около- или даже сверхзвуковой скорости. Разработчики объявили, что такая подводная лодка сможет доплывать от Шанхая до Сан-Франциско (около десяти тысяч километров) примерно за один час и 40 минут. Перемещаться подлодка будет внутри кавитационной полости. Новый подводный корабль получит кавитатор в носовой части, который будет начинать работать на скорости более 40 узлов. Затем подлодка сможет быстро набрать маршевую скорость. За движение подлодки в кавитационной полости будут отвечать ракетные двигатели.

Скорость звука в воде составляет около около 5,5 тысячи километров в час при температуре 24 градуса и солености 35 промилле.

Представляя свою концепцию, разработчики отметили, что прежде, чем создать новую подлодку, необходимо решить несколько проблем. Одной из них является нестабильность кавитационного пузыря, внутри которого должна лететь подлодка. Кроме того, необходимо найти надежный способ управлять кораблем, движущимся под водой со сверхзвуковой скоростью. В качестве одного из вариантов рассматривается возможность сделать рули, которые бы выдвигались за пределы кавитационной полости.

Между тем в начале 2000-х годов Центральное конструкторско-исследовательское бюро спортивного и охотничьего оружия тульского Конструкторского бюро приборостроения решило использовать явление кавитации при создании нового автомата для боевых пловцов. Речь идет об АДС (автомат двухсредный специальный) — автомате, способном одинаково эффективно вести огонь как на воздухе, так и под водой. Оружие выполнено по схеме булл-пап (ударно-спусковой механизм расположен в прикладе) и имеет интегрированный гранатомет. Масса оружия при длине 685 миллиметров составляет 4,6 килограмма.

Этот автомат использует для стрельбы под водой специальные патроны ПСП калибра 5,45 миллиметра. Они снаряжены стальной пулей в виде иглы длиной 53 миллиметра. Масса пули составляет 16 граммов. Снаряд утоплен в гильзу с пороховым зарядом на большую часть своей длины, благодаря чему общая длина патрона соответствует обычному автоматному боеприпасу калибра 5,45 миллиметра. Пуля патрона ПСП имеет на кончике плоскую площадку. При движении под водой эта площадка создает кавитационную полость вокруг снаряда. Благодаря такой особенности эффективная дальность стрельбы АДС под водой на глубине пяти метров составляет 25 метров.

Помимо специальных патронов, автомат способен вести огонь и обычными боеприпасами. АДС может быть оснащен глушителем. Скорострельность АДС на суше составляет 800 выстрелов в минуту, а прицельная дальность — 500 метров. Оружие оснащается отъемным коробчатым магазином емкостью 30 патронов. Автомат имеет переключатель режимов работы газоотводного механизма «вода/воздух». Он изменяет работу механизма перезарядки, адаптируя его для работы на воздухе или в воде. Без раздельных режимов механизм перезарядки в воде могло бы заедать.

Обычное современное оружие также способно вести огонь под водой, но для этих целей малопригодно. Во-первых, инерционное сопротивление жидкости и бóльшая, чем у воздуха, плотность воды не дает автоматике производить быструю перезарядку оружия, а иногда и вовсе делает ее невозможной. Во-вторых, материалы сухопутных автоматов и пистолетов изначально не предназначены для работы в водной среде и неустойчивы к длительному ее воздействию — быстро теряют смазку, ржавеют и выходят из строя из-за гидравлических ударов. При этом обычные пули, имеющие высокую точность на суше, в воде становятся абсолютно бесполезными.

Дело в том, что аэродинамическая форма обычной пули делает траекторию ее полета в воде малопредсказуемой. Например, на границе теплого и холодного водных слоев пуля может рикошетить, отклоняясь от продольной оси выстрела. Кроме того, из-за своей формы снаряд стрелкового оружия под водой быстро теряет свою энергию, а значит и убойность. В результате поражение цели из того же автомата Калашникова в воде становится практически невозможным даже на очень маленьком расстоянии. Наконец, обычные свинцовые пули с оболочкой из томпака (латунный сплав на основе меди и никеля) под водой быстро деформируются и даже могут разрушаться.

Проблему разрушающихся пуль решила норвежская компания DSG Technology. Она разработала новый тип боеприпасов CAV-X. Они имеют не классическую оживальную форму, как обычные пули, а коническую. Кончик пули уплощен и при попадании в воду начинает выполнять роль кавитатора, благодаря чему вокруг снаряда образуется кавитационная полость. В результате пуля практически не соприкасается с водой и дольше сохраняет кинетическую энергию. Кавитирующие пули CAV-X не намного длиннее обычных пуль такого же калибра, в отличие от российских пуль в патроне ПСП.

Кавитирующие пули сделаны из вольфрама и запрессованы в латунную гильзу. Сегодня они выпускаются в калибрах 5,56, 7,62 и 12,7 миллиметра. По данным DSG Technology, под водой кавитирующие пули этих калибров сохраняют убойное воздействие на дальности 14, 22 и 60 метров соответственно. При этом кавитирующими могут быть выполнены и боеприпасы других калибров вплоть до артиллерийских 155 миллиметров. Правда, целесообразность создания снарядов для подводной стрельбы весьма сомнительна. В каком именно оружии планируется использовать кавитирующие пули CAV-X, пока неизвестно. Обычное стрелковое оружие без специальной переделки для стрельбы под водой не подходит.

Впрочем, кавитирующие пули могут быть полезны при обстреле подводных целей с суши. Если стрелять, скажем, по боевому пловцу, находящемуся под водой, с берега из обычных пистолета или автомата, то, скорее всего, он уплывет целым и невредимым. Дело в том, что пули будут либо резко тормозиться, попав в воду, либо рикошетить от нее; это зависит от угла оси ствола к поверхности воды, под которым ведется стрельба. Кавитирующие же пули смогут, практически не отклоняясь, проходить поверхность воды и поражать подводную цель. Но с необходимостью стрелять по подводному противнику с суши военные сталкиваются не так часто, чтобы начать массовые закупки патронов с пулями CAV-X.

Хотя военные инженеры и смогли найти полезное применение кавитации, по большому счету их изобретения особой популярностью не пользуются. Ракеты-торпеды «Шквал» в бою никогда не применялись, а сегодня и вовсе не используются российским флотом — слишком шумными и недальнобойными оказались эти боеприпасы. Патроны для подводной стрельбы востребованы только боевыми пловцами и диверсантами и применяются довольно редко. В способность же китайских специалистов спроектировать кавитирующую подводную лодку верится с трудом. Так что, пожалуй, кавитация все еще остается физическим явлением, которого лучше стараться избегать.

Василий Сычёв

Взгляд на явления кавитации

---

Все мы, должно быть, когда-нибудь слышали о термине «кавитация», особенно если мы имели дело с насосами или подобными жидкостями и, возможно, также видели некоторые эффекты «кавитации». Кавитация — очень распространенный термин в инженерной области, особенно если мы имеем дело с жидкостями. Итак, давайте подробно рассмотрим это явление «кавитации» в этом блоге.

---

Кавитация

Что такое «Кавитация»…?

«Кавитация» определяется как явление образования паровой фазы жидкости, когда она подвергается воздействию пониженного давления при постоянной температуре окружающей среды. Итак, в основном кавитация — это процесс кипения жидкости в результате снижения давления, а не подвода тепла.

Эксперимент по кипячению воды при пониженном давлении

Так что же именно происходит во время «Кавитации»…?

Давайте посмотрим, что происходит при кавитации, на простом примере с водой. Мы знаем, что вода закипает при добавлении теплоты. Итак, если мы представим атмосферное давление в 101 кПа и нагреем воду до 100 градусов по Цельсию, мы увидим кипение воды.

Теперь рассмотрим условие, при котором мы собираемся поддерживать постоянную температуру, допустим, что она составляет 15,5°C, а затем мы собираемся снизить давление. В этом случае и при определенном низком значении давления вода закипает. При температуре 15,5°С вода закипит при давлении 1,7 кПа. Это то, что происходит во время кавитации. Жидкость кипит за счет снижения давления, а не повышения температуры или подвода тепла.

В качестве простого демонстрационного примера мы можем взять кипячение воды в вакууме, как показано на рисунке выше. Когда воздух откачивается из небольшого контейнера, давление снижается, что приводит к снижению температуры точки кипения, и в конечном итоге вода кипит при комнатной температуре. За процессом кипения можно наблюдать, поставив емкость на проектор. (Это часть очень информативной серии демонстраций кафедры физики Иллинойсского университета в Урбана-Шампейн)

Почему жидкость закипает при понижении давления…?

Итак, чтобы ответить на этот вопрос, мы должны понять три основных понятия. Это:

• атмосферное давление,
давление паров
• и
• связь между температурой и давлением пара.

Сначала поговорим об атмосферном давлении. Мы знаем, что Земля окружена слоем газа. Почему этот газ остается в контакте с землей? Это потому, что он удерживается в контакте под действием силы тяжести. Когда мы определяем давление, мы говорим, что давление — это сила на единицу площади. Этот слой воздуха над нами на Земле оказывает давление на поверхность планеты, и это давление составляет около 760 мм ртутного столба на уровне моря. Мы называем это давление атмосферным давлением.

Теперь давайте поговорим о концепции давления пара. Все жидкости имеют определенное давление паров при любой температуре. Это значение давления в момент при той температуре, когда молекулы жидкости уходят в паровую фазу. Давление пара увеличивается с температурой. Это связано с тем, что при более высокой температуре молекулы движутся быстрее и способны преодолевать связывающие их межмолекулярные силы притяжения. Таким образом, кипение происходит, когда давление пара достигает или превышает окружающее давление атмосферы или давление из-за того, что находится поблизости от жидкости. Стандартное атмосферное давление составляет 0,101325 МПа, что соответствует 1 атмосфере. При таком давлении вода кипит примерно при 100 град С.

Другими словами, можно сказать, что давление паров воды при этой температуре (100 градусов  С) составляет 1 атмосферу. Когда мы увеличиваем давление, требуется более высокая температура, прежде чем давление пара достигнет давления окружающей среды. Благодаря этому вода под давлением закипает при более высокой температуре. Когда окружающее давление ниже, давление пара достигает этого давления при более низкой температуре. Следовательно, вода может кипеть при пониженном давлении, а не при повышении температуры. Между давлением паров и температурой существует тесная связь. Например, если мы рассмотрим воду, изменение давления пара будет таким, как показано ниже:

Диаграмма давление пара-температура для воды

При более высокой температуре большее количество молекул имеет достаточно энергии, чтобы покинуть жидкость или твердое тело. При более низкой температуре меньшее количество молекул имеет достаточную энергию, чтобы покинуть жидкость или твердое тело. Давление пара увеличивается с повышением температуры.

Кипение и кавитация… похожи они или разные…?

Физика возникновения кавитации аналогична кипению. Основное различие между ними заключается в термодинамических путях, по которым происходит образование пара. Кипение происходит, когда локальное давление паров жидкости превышает локальное давление окружающей среды и присутствует достаточно энергии, чтобы вызвать фазовый переход в газ. С другой стороны, возникновение кавитации происходит, когда локальное давление падает значительно ниже давления насыщенного пара.

Что мы видим во время «Кавитации»…?

При кавитации, когда жидкость сталкивается с локальными областями пониженного давления, начинают расти пузырьки пара. Эти пузырьки затем текут вместе с жидкостью, и когда они находятся в областях с более высоким давлением ниже по потоку, пузырьки схлопываются на твердых стенках, что приводит к высокому локальному давлению.

Как появилось слово «Кавитация»…?

Слово «кавитация» происходит от латинского слова «cavus», означающего отверстие или полость. Пузырьки пара подобны полости в потоке жидкости.

Кто открыл «Кавитацию»…?

Кавитация — физическое явление, происходящее в природе. Осборн Рейнольдс был ученым, впервые обнаружившим кавитацию. В 1894 году он представил небольшой доклад на собрании Британской ассоциации в Оксфорде. Эта статья называлась «Опыты, связанные с кипением воды в открытой трубке при обычных температурах». Статья началась с описания процессов, происходящих при кипячении воды путем ее нагревания. Но это также выдвинуло на первый план явление кавитации. На встрече был показан эксперимент. В эксперименте использовалась стеклянная трубка с внутренним диаметром полдюйма и длиной шесть дюймов. Трубка имела горловину посередине с диаметром отверстия менее одной десятой дюйма. Один конец трубы присоединялся к водопроводу. Был наклон к открытому концу вниз в сосуд, наполненный водой. Затем очень медленно включали подачу воды, чтобы заполнить трубку. По мере того, как скорость потока увеличивалась до определенной скорости, раздавалось отчетливое резкое шипение. Рейнольдс дал следующее объяснение этому феномену:

`Поскольку пузырьки воздуха и пара будут переноситься с большой скоростью от низкого давления в горловине, где они образуются, к более высокому давлению в более широкой части расширяющейся трубы; так что давление, превышающее натяжение пара, привело бы к конденсации и схлопыванию пузырьков…». Интересно отметить, что в статье ни разу не упоминается кавитация, но Оскар Рейнольдс фактически демонстрировал само ее понимание.

«Кавитация» — хорошо или плохо…?

Эффекты явления «кавитации» иногда представляют собой проблему, но как концепция она также используется для получения многих положительных результатов. «Кавитация» является проблемой в таких процессах, как:

1. В насосах или приборах для измерения расхода жидкости «Кавитация» имеет негативные последствия.
2. Кавитация приводит к шумной работе
3. Может вызвать точечную коррозию, ускоренную эрозию и повреждение компонентов
4. Кавитация может привести к дисбалансу и вибрации, которые, в свою очередь, повреждают компоненты
5. Общий эффект кавитации – снижение эффективности оборудования, такого как насосы

Кавитация также используется во многих важных целях, таких как:

1. Используется в ультразвуке[1]
2. Используется в оборудовании для измельчения частиц
3. Используется в устройствах очистки воды
4. Также используется при лечении камней в почках

Пристальный взгляд на кавитацию вокруг гидрокрыла…

Кавитация может возникать в различных ситуациях и в различном оборудовании и процессах с участием жидкости. Интересным примером для изучения кавитации является кавитация вокруг подводного крыла. Давайте поближе познакомимся с этим исследованием.

Что такое судно на подводных крыльях?

Подводное крыло очень похоже на аэродинамическое. Слово «фольга» происходит от слова «крыло». Судно на подводных крыльях похоже на крыло в жидкости или воде. Основная цель подводных крыльев – заставить лодку двигаться быстрее. Это можно сделать, вытащив корпус из воды. При нормальной эксплуатации лодки большая часть энергии расходуется на перемещение воды на ее пути. Корпус выполняет эту работу, проталкивая воду перед лодкой. Судно на подводных крыльях в основном снижает затраты энергии на преодоление сопротивления корпуса за счет использования создаваемой подъемной силы, чтобы поднять его над водой.

Принцип работы подводного крыла

Как работает подводное крыло…?

Когда скорость лодки мала, корпус лодки находится в воде, а подводное крыло, находящееся под лодкой, погружено в воду. По мере увеличения скорости лодки на подводных крыльях создается подъемная сила. Это похоже на подъемную силу, создаваемую крыльями самолета. При определенной критической скорости подъемная сила подводного крыла будет равна весу лодки, и это поднимет лодку. За счет этого корпус лодки поднимается над водой. Теперь лодке приходится противодействовать сопротивлению подводного крыла, а не сопротивлению корпуса, что является более эффективным способом плавания.

Давайте посмотрим интересное видео с Кубка Америки, в котором показано влияние подводных крыльев.

http://www.youtube.com/watch?v=fnpwstBTOAI

«Кавитация» вокруг подводных крыльев…

Было проведено множество экспериментов по изучению кавитации вокруг подводных крыльев. Эти эксперименты обычно проводятся в каналах оборотной воды. Скорость, давление и температуру можно изменять в ходе экспериментов отдельно друг от друга. Затем в канале подвешивается симметричное судно на подводных крыльях с таким углом атаки, что подъемная сила создается вверх. Теперь окружающее давление поддерживается постоянным на уровне ниже атмосферного, а скорость потока увеличивается до тех пор, пока не произойдет кавитация. Замечено, что кавитация сначала начинается на пересечении стойки и подводного крыла.

Начало кавитации 

Это связано с тем, что наличие распорки вызывает снижение давления по сравнению с другими областями гидрокрыла. На поверхности фольги кавитация сначала возникает в области низкого давления отрыва ламинарного пограничного слоя. При дальнейшем увеличении скорости вблизи передней кромки начинается кавитация. Это связано с тем, что при высокой скорости число Рейнольдса также велико, и происходит переход от ламинарной границы к турбулентной, и на передней кромке формируется линия минимального давления.

Кавитация вблизи передней кромки

Если такое же явление кавитации наблюдается при стробоскопическом освещении[2], то видно, что кавитирующая область на самом деле состоит из пузырьков. Пока пузырьки не окажутся в области низкого давления, они будут расти. По мере того как они уносятся потоком в область более высокого давления, пузырьки начинают схлопываться вблизи задней кромки.

Кавитация в стробоскопическом свете

Рассмотрим это явление подробно в коротком видео.

http://www.youtube.com/watch?v=N7zcan3HToI 

Будет в следующей части…

На этом мы заканчиваем первую часть блога «Взгляд на кавитацию». Мы продолжим подробно изучать кавитацию, а также методологии ее моделирования. В следующем блоге мы постараемся осветить следующие темы:

1. Типы кавитации
2. Номер кавитации
3. Обтекание гребного винта и кавитация
4. Эффекты кавитации
5. Почему и как возникает шум при кавитации

В последующих частях мы также увидим, как моделировать кавитацию с помощью CFD. Так что оставайтесь на связи с этим блогом LearnCAx, чтобы получить больше информации о «кавитации»!

Определения:

1. Ультразвук – Ультразвук – это применение ультразвука. Ультразвук можно использовать для медицинской визуализации, обнаружения, измерения и очистки.
2. Стробоскопический свет. Стробоскопический свет или стробоскопическая лампа, обычно называемая стробоскопом, представляет собой устройство, используемое для создания регулярных вспышек света. Это одно из ряда устройств, которые можно использовать в качестве стробоскопа 9.0038

---

Ссылки:

1. Кафедра физики, Унив. Иллинойс на химическом факультете Урбана-Шампейн, Университет Пердью
2. Справочник по гидромеханике
3. веб.мит.эду
4. Ocean Engineering Group, EWRE, Гражданское, архитектурное и экологическое проектирование, Юта, Остин
5. Морская гидродинамическая лаборатория Массачусетского технологического института
6. Эксперимент «Кавитация» на подводных крыльях в Федеральной политехнической школе Лозанны (EPFL)
7. Канал Кубка Америки на YouTube

---

 

Автор

---

{модуль [317]}

---

Явление кавитации в механических протезах клапанов: не только микропузырьки

Сохранить цитату в файл

Формат: Резюме (текст)PubMedPMIDAbstract (текст)CSV

Добавить в коллекции

• Создать новую коллекцию
• Добавить в существующую коллекцию

Назовите свою коллекцию:

Имя должно содержать менее 100 символов

Выберите коллекцию:

Не удалось загрузить вашу коллекцию из-за ошибки
Повторите попытку

Добавить в мою библиографию

• Моя библиография

Не удалось загрузить делегатов из-за ошибки
Пожалуйста, попробуйте еще раз

Ваш сохраненный поиск

Название сохраненного поиска:

Условия поиска:

Тестовые условия поиска

Эл. адрес: (изменить)

Который день? Первое воскресеньеПервый понедельникПервый вторникПервая средаПервый четвергПервая пятницаПервая субботаПервый деньПервый будний день

Который день? воскресеньепонедельниквторниксредачетвергпятницасуббота

Формат отчета: SummarySummary (text)AbstractAbstract (text)PubMed

Отправить максимум: 1 шт. 5 шт. 10 шт. 20 шт. 50 шт. 100 шт. 200 шт.

Отправить, даже если нет новых результатов

Необязательный текст в электронном письме:

902:30 Создайте файл для внешнего программного обеспечения для управления цитированием

Полнотекстовые ссылки

Уайли

Полнотекстовые ссылки

. 2020 июнь;37(6):876-882.

дои: 10.1111/эхо.14692. Epub 2020 16 мая.

Ольга Вриз ^{1 2} , Фатьма Арши ¹ , Мавада Ахмед ¹ , Мохаммед Алхумаид ¹ , Доменико Гальцерано ^{1 2} , Шисамма Эммануэль ¹ , Абдулхалим Дж. Кинсара ³ , Мохаммед Аладмави ¹ , Бандар-Аламро ¹ , Майе Аль-Шахид ¹ , Джанни Педризеттид ⁴

Принадлежности

• ¹ Кардиологический центр, Специализированная больница и исследовательский центр имени короля Фейсала, Эр-Рияд, Саудовская Аравия.
• ² Медицинский колледж Университета Альфейсал, Эр-Рияд, Саудовская Аравия.
• ³ Министерство здравоохранения Национальной гвардии, COM-WR, Международный исследовательский центр имени короля Абдаллы, Университет медицинских наук имени короля Сауда бин Абдулазиза, Джидда, Саудовская Аравия.
• ⁴ Dipartimento Ingegneria e Architettura, Триестский университет, Триест, Италия.

• PMID: 32416011
• DOI: 10.1111/эхо.14692

Ольга Вриз и др. Эхокардиография. 2020 июнь

. 2020 июнь;37(6):876-882.

дои: 10.1111/эхо.14692. Epub 2020 16 мая.

Авторы

Ольга Вриз ^{1 2} , Фатьма Арши ¹ , Мавада Ахмед ¹ , Мохаммед Алхумаид ¹ , Доменико Гальцерано ^{1 2} , Шисамма Эммануэль ¹ , Абдулхалим Дж. Кинсара ³ , Мохаммед Аладмави ¹ , Бандар-Аламро ¹ , Майе Аль-Шахид ¹ , Джанни Педризеттид ⁴

Принадлежности

• ¹ Кардиологический центр, Специализированная больница и исследовательский центр имени короля Фейсала, Эр-Рияд, Саудовская Аравия.
• ² Медицинский колледж Университета Альфейсал, Эр-Рияд, Саудовская Аравия.
• ³ Министерство здравоохранения Национальной гвардии, COM-WR, Международный исследовательский центр имени короля Абдаллы, Университет медицинских наук имени короля Сауда бин Абдулазиза, Джидда, Саудовская Аравия.
• ⁴ Dipartimento Ingegneria e Architettura, Триестский университет, Триест, Италия.

• PMID: 32416011
• DOI: 10.1111/эхо.14692

Абстрактный

Введение: Микропузырьки (MBs) или кавитация – это высокоскоростные, эхо-яркие образования, присутствующие во время закрытия или открытия механического клапана (MVP). Рост кавитационных пузырей или газовые эмболы описываются реже. Мы оценили гемодинамические параметры, участвующие в формировании газовых эмболов, и влияние газовых эмболов на необходимость дополнительных исследований.

Методы и результаты: Трансторакальные эхокардиографические исследования (ТТЭ) 57 пациентов (31 мужчина, средний возраст 46,8 ± 13,8 года) с газовыми эмболами были оценены после операции по замене сердечного клапана. Большинство (72%, n = 42) имели митральный или комбинированный митрально-аортальный ПМК, а 28% (n = 16) — аортальный ПМК. Последние ТТЭ с газовой эмболией и без нее рассматривались для одного и того же пациента, а группа без эмболов была контрольной группой (42 пациента). Артериальное давление (АД) и частота сердечных сокращений (ЧСС) пациента были доступны для каждого TTE. При сравнении двух ТТЭ систолическое и диастолическое АД, трансмитральный и аортальный градиенты и фракция выброса левого желудочка были одинаковыми, но ЧСС (80,9± 18,7 против 72,5 ± 13,9 ударов в минуту, P = 0,02) был значительно выше в группе с газовой эмболией. ТЭЭ была выполнена 52 раза у 27 пациентов из-за газовой эмболии, в одном случае положительный результат на тромб/вегетативное образование. 19 пациентам потребовалась КТ головного мозга. У двух пациентов показанием к КТ головного мозга были газовые эмболы, но результат был отрицательным.

Вывод: Часто присутствуют газовые эмболы, связанные с повышенным ЧСС. Они могут стать причиной ошибочного диагноза эндокардита или тромбообразования со значительными дополнительными запросами на диагностические исследования.

Ключевые слова: эхокардиография; механические протезы клапанов; микропузырьки.

© 2020 ООО “Вайли Периодикалз”.

Похожие статьи

• Микропузырьки и протезы митрального клапана – чреспищеводная эхокардиографическая оценка.

  Леви Д.Дж., Чайлд Дж.С., Рэмбод Э., Гариб М., Майло С., Рейснер С.А. Леви Д.Дж. и др. Евро J Ультразвук. 1999 Сен;10(1):31-40. doi: 10.1016/s0929-8266(99)00041-5. Евро J Ультразвук. 1999. PMID: 10502637

• Эхокардиографическая имитация тромба на механическом протезе аортального клапана из-за кавитации: парадоксальный феномен восстановления давления.

  Wang Z, Ayoub C, Thaden JJ, Alsidawi S, Miller FA, Sinak LJ, Rihal CS, Melduni RM. Ван Цзи и др. Эхокардиография. 2019 июль;36(7):1397-1400. дои: 10.1111/эхо.14403. Epub 2019 17 июня. Эхокардиография. 2019. PMID: 31209920 Бесплатная статья ЧВК.

• Транскраниальные высокоинтенсивные допплеровские сигналы у пациентов с механическими протезами клапанов сердца: их связь с аномальными внутриполостными эхосигналами.

  Деклундер Г., Лекроар Дж. Л., Савой С., Коке Б., Худас Ю. Деклундер Г. и соавт. J Клапан сердца Дис. 1996 ноябрь; 5 (6): 662-7. J Клапан сердца Дис. 1996. PMID: 8953445

• [Тромбоэмболические события у пациентов с механическими протезами клапанов – эхокардиография в диагностических и терапевтических решениях].

  Мачеевский М. Мачеевский М. Пшегль Лек. 2006;63(4):191-201. Пшегль Лек. 2006. PMID: 17080742 Обзор. польский.

• Консенсусная конференция Итальянского общества кардиоваскулярной эхографии (SIEC) о современном состоянии контрастной эхокардиографии.

  [Нет авторов в списке] [Нет авторов в списке] Ital Heart J. 2004 Apr; 5 (4): 309-34. Итал Харт Дж. 2004. PMID: 15185894 Обзор.

Посмотреть все похожие статьи

использованная литература

ССЫЛКИ

1. 1. LancellottiP, PibarotP, ChambersJ, et al. Рекомендации по визуализации протезов клапанов сердца: отчет Европейской ассоциации кардиоваскулярной визуализации, одобренный Китайским обществом эхокардиографии, Межамериканским обществом эхокардиографии и бразильским отделением сердечно-сосудистой визуализации. Eur Heart J Cardiovasc Imaging. 2016;17:589-590.
2. 1. WuZJ, WangY, HwangNH. Поведение окклюдера при закрытии: ключевой фактор механической кавитации клапана сердца. J Клапан сердца Дис. 1994; 3 (Приложение 1): S25-S33.
3. 1. Ли Х, Тэнака Ю.