Mõiste "kavitatsioon" pärineb ladina keelest - Cavitas(depressioon, süvenemine, õõnsus).
Seda terminit kasutatakse füüsikalise protsessi tähistamiseks, mis toimub vedelikes paljudes tingimustes ja millega kaasneb suure hulga mullide (tühimed, õõnsused) moodustumine ja kokkuvarisemine.
Kavitatsiooni võib selle päritolu järgi laias laastus jagada kaheks alatüübiks: hüdrodünaamiline ja akustiline.
Hüdrodünaamilisel kavitatsioonil on omakorda veel kaks alamklassi – nimetagem neid staatiliseks ja dünaamiliseks.
Mis on kavitatsioon kui füüsikaliste ja keemiliste omaduste protsess?
Kavitatsiooni mõju kiirendas soolade sadestumist veest, mis viis pumba NVV-25 tiiviku kinnikiilumiseni.
| P (atm.) | T°C |
| 0.01 | 6.7 |
| 0.02 | 17.2 |
| 0.04 | 28.6 |
| 0.1 | 45.4 |
| 0.2 | 59.7 |
| 0.3 | 68.7 |
| 0.4 | 75.4 |
| 0.5 | 80.9 |
| 0.6 | 85.5 |
| 0.7 | 89.5 |
| 0.8 | 93 |
| 0.9 | 96.2 |
| 1 | 99.1 |
| 1.033 | 100 |
Looduses olev vesi ei ole homogeenne ja puhas lisanditeta keskkond. Kõik vedelikud on lahused, milles on piisavalt palju lisandeid, peamiselt atmosfääri gaase. Atmosfääriõhust lahustub vees peaaegu kaks korda rohkem lämmastikku kui hapnikku.
Niisiis, 1 liitris vees temperatuuril 20 ° C lahustub umbes 665 ml süsinikdioksiid, ja temperatuuril 0 °C - kolm korda
rohkem, 1995 ml. Temperatuuril 0°C ühes liitris H2O saab lahustada: Tema- 10 ml, H2S- 4630 ml.
Rõhu tõus toob kaasa gaaside lahustuvuse suurenemise.
Näiteks rõhul 25 atm lahustub 1 liitris vees 16,3 liitrit süsihappegaasi ja 53 atm juures - 26,9. Rõhu alandamine annab vastavalt vastupidine efekt. Kui jätate veenõu üleöö, tekivad seintele gaasimullid. Veelgi selgemalt ja kiiremini on see soodaklaasis näha. Vee keetmise käigus näeme ka gaasi ja auruga mullide teket.
Kavitatsioon (termiline) teatud mõttes - sama keemisprotsess, mida ei põhjusta mitte ainult temperatuuri tõus
(kuigi see on ka üks kavitatsiooni tekkimise tegureid.) Kahe teguri koosmõjul kõrgendatud temperatuur ja alandatud rõhul vedeliku kohal, toimub kavitatsiooniprotsess, mille käigus vedelik läheb gaasi-vee seguks.
Õhku välja pumbates klaaspudel- Me saame kavitatsiooni protsessi "keemiseks" toatemperatuuril.
Kirjeldatud efekti video demonstratsioon.
See on eriti kriitiline ja seda leidub kõige sagedamini imemissüsteemides. Tööratas või kruvi tekitab imemistorustikus vaakumi, mis vedelikupuuduse korral sisselaskeavas (läbipääsu ahenemine, torujuhtme liigne pöörete arv jne) loob tingimused vedeliku kavitatsioonikeemiseks. .
Väga sageli küsivad kliendid küsimust - miks ei ole võimalik kõrge temperatuuriga vedelikke imeda? Vastus peitub pinnal – kui rõhk imitorus väheneb, läheb suurem osa veest üle järgmisse agregatsiooniseisundisse, nn. vee-gaasi segu (ehk kavitatsiooniga keeduvesi), mida tavapärase veepumbaga põhimõtteliselt enam tõsta ei saa.
Vedeliku lahus gaasiga on normaalsetes tingimustes tasakaalus, s.t. rõhk vedelikus on suurem kui gaasi küllastunud aururõhk ja süsteem on stabiilne. Nendel juhtudel, kui see tasakaal süsteemis on häiritud ja tekivad kavitatsioonimullid.
Vaatleme kavitatsiooni moodustumist staatilises süsteemis.
Kõige sagedamini tekib kavitatsioon pumba survetorustikul asuvas piirkonnas selle ahenemise korral.
Need. vedeliku rõhk pärast ahenemist langeb (vastavalt Bernoulli seadusele), sest kaod ja kineetiline energia suurenevad.
Küllastunud aururõhk muutub suuremaks kui vedeliku siserõhk mullide / koobaste moodustumisega. Pärast kitsa osa läbimist (see võib olla avatud ventiil, lokaalne kitsendus jne) langeb voolukiirus, rõhk suureneb ning gaasi- ja aurumullid varisevad kokku. Pealegi on sel juhul vabanev energia väga-väga suur, mille tulemusena (eriti kui see juhtub seintel paiknevates mullides) tekivad mikrohüdraulilised šokid, mis põhjustavad seinte kahjustusi. Samal ajal, kui meetmeid ei võeta, jõuab protsess pumpava osa seinte täieliku hävimiseni. vibratsioon ja suurenenud müra pumbas ja torudes - esimesed kavitatsiooni tunnused.
Hüdraulikasüsteemide peamised nõrgad kohad on kitsenemiskohad, vedeliku voolukiiruse järsk muutus (ventiilid, kraanid, siibrid) ja pumba tiivikud. Need muutuvad pinnakareduse suurenemisega haavatavamaks.
Pumba kavitatsioonireservi arvestamine süsteemi projekteerimise etapis.
Süsteemi piisava kavitatsioonireservi arvutamiseks on vaja arvutada
H- maksimaalne imemiskõrgus antud tingimustes, antud pumba ja selle jõudluse korral.
, kus
hf- kaod imitorustikus (m.w.st.) veesamba meetrites,
hv- vedeliku küllastunud auru rõhk töötemperatuuril (m),
hs- projekteerijate poolt aktsepteeritud ohutusvaru - 0,5 m.w.st.,
Pb- rõhk vedelikust kõrgem - avatud süsteemis on see atmosfäärirõhk, ligikaudu 10,2 m.w.st. ( Pb*10.2)
Pumba omadus NPSH(Net Positive Suction Head) tähendab imemiskõrgust, mõõdetuna pumba imemisava juures, korrigeerituna konkreetse pumbatava vedeliku küllastusauru rõhu järgi maksimaalse pumpamisvõimsuse juures.
Need. valemi füüsiline tähendus H = Pb*10,2 - NPSH - Hf - Hv - Hs on see, et pumba maksimaalsete tööparameetrite juures ei ületaks selle imitoru vaakum töötemperatuuril vedeliku küllastunud aurude rõhku, s.t. süsteemil oleks kavitatsioonivabaks tööks vajalik tagavesi.
Siit edasi on üsna ilmsed muud viisid kavitatsiooni tõenäosuse vähendamiseks:
- muutke imemisläbimõõt suuremaks - kadude vähendamiseks ( hf),
- liigutage pump vedeliku sissevõtukohale lähemale - vähendage kadusid ( hf),
- pange siledam toru, vähendage pöörete arvu, siibrid, ventiilid - vähendage kadusid ( hf),
- vähendage vaakumit imemise juures, muutes pumba paigalduse kõrgust või kasutades võimenduspumpamisseadmeid - suurendage ( Pb),
- alandage vedeliku temperatuuri - vähendage ( hv),
- vähendage pumba jõudlust, vähendage pöörete arvu - vähendage ( NPSH).
Kõik need meetmed on suunatud kavitatsiooni võimaluse vähendamisele pumbas ning toovad kaasa pikaajalise ja ohutu töö pumbad.
Seade on mõeldud vedelikuvoogude intensiivseks töötlemiseks, et suurendada nende energiaküllastumist. Leiutise eesmärk on stabiliseerida kavitatsiooni karakteristikuid, vähendada aparaadi osade erosiooni, saada energiaga küllastunud vedeliku, sealhulgas vee voogusid. Seade on valmistatud toru kujul, mille sisselaskeava juures on otsakate - voolukiirend, silindriline kamber-vooluseparaator, kamber-ümbris, vooluvastuvõtja, kavitatsiooni sisestus-düüs, mis on paigutatud segadusse tehtud kambrisse. rõngakujulise kanali ja summuti kambri kujul. Silindrilises kambris otsakorgis olevate kanalite kaudu juhitav vedelikuvool jaguneb pöörlemise tõttu perifeerseks soojenduseks ja aksiaalseks, külmemaks. Vooluvastuvõtja perifeerne vool siseneb kavitatsiooni sisestusdüüsi sisemisse ossa, aksiaalne vool läbi otsakorgi kanalite siseneb mantelkambrisse ja sellest radiaalkanalite kaudu segaduskambrisse. Kahe voolu segamisel tekib düüsi väljalaskeava juures kavitatsioon, mille tulemusena liikumisel kogunenud kineetiline energia muundatakse soojusenergiaks, vedelik kuumutatakse. Kavandatava konstruktsiooniga aparaadis saavutatud tehniline tulemus on kavitatsiooni karakteristikute stabiliseerimine, protsessi intensiivsuse suurendamine kavitatsiooni tekitamise punktide arvu suurendamise kaudu, energiaga küllastunud vedelikuvoolu saamine ja aparaadi juhtimise lihtsustamine. 1 haige.
Leiutis käsitleb tehnilise hüdrodünaamika valdkonda ja seda saab kasutada seadmetes, mis on ette nähtud vedelikuvoolude intensiivseks töötlemiseks nende energia suurendamiseks. Kavitatsioon viitab füüsikalistele nähtustele, mille tööstuslikku kasutamist praegu aktiivselt arendatakse, ilma et see oleks täielikult uuritud. Sõltuvalt kavitatsiooniaparaadi konstruktsioonist võib kavitatsiooniefekt vedelale keskkonnale olla erinev: kumulatiivne-löök, energia, ionisatsioon jne. Tuntud on ultraheliaktivaatorit sisaldav kavitatsiooniseade, milles kavitatsiooniefekt tekib tänu tekkele. perioodiliselt muutuvast rõhust. Selle tulemusena muudetakse kineetiline energia vedelate molekulide ionisatsioonienergiaks (USA patent RF 2054604, F 24 J 3/00, 1995). Selle seadme puuduseks on selle disaini keerukus. Tuntud on seade vedeliku energia suurendamiseks selle pumpamise hõlbustamiseks, mis sisaldab kaviteerivat Venturi toru, milles tekitatakse vedeliku rõhu kõikumised (Ed. Cert. USSR 543824, F 28 F 13/10, 1977). Tuntud seadme puuduseks on selles tekkiva kavitatsiooni madal intensiivsus. Tuntud on seade vedeliku dispergeerimiseks, mis koosneb korpusest, millesse süstitakse gaasi-vedeliku segu läbi tangentsiaalselt paikneva liitmiku, ja kerakujulist katet, mis asub korpuse vastasotsas. Kehas tekib keerlev vool, mis teeb kerakujulise katte juures silmusliigutuse, naaseb liikumise algusesse, kus väljub läbi keskdüüsi, mille tulemusena vedelik hajub (Ed. Svid. USSR 1685543, B 05 B 7/10, 1991 ) Selle seadme disaini eesmärk on saada peendispersne vedelik ilma selle energiaomadusi muutmata. Tehniliselt lähim analoog on hüdrodünaamiline kavitatsiooniaparaat, mis on valmistatud toru kujul, mis sisaldab sisse- ja väljalaskeava, silindrilist kambrit, kavitatsiooni sisestust ja segamiskambrit (Fedotkin I.M., Nemchin A.F. The use of cavitation in in tehnoloogilised protsessid . Kiiev. Vištša kool, 1984, lk.12-13, 32). Tuntud seadme puuduseks on vastuvõtlikkus kavitatsioonikohtade erosioonile, kavitatsiooniprotsessi karakteristikute ebastabiilsus ja aparaadi juhtimise raskus. Kavandatava konstruktsiooniga aparaadis saavutatud tehniline tulemus on kavitatsiooni karakteristikute stabiliseerimine, protsessi intensiivsuse suurendamine kavitatsiooni tekitamise punktide arvu suurendamise kaudu, energiaga küllastunud vedelikuvoolu saamine ja aparaadi juhtimise lihtsustamine. See tulemus saavutatakse tänu sellele, et hüdrodünaamiline kavitatsiooniseade, mis on valmistatud toru kujul, mis sisaldab sisse- ja väljalaskeava, silindrilist kambrit, kavitatsioonisisendit ja segamiskambrit, on vastavalt leiutisele varustatud otsakattega. , koaksiaalne mantelkamber, vooluvastuvõtja, summuti kamber, lisaks sisaldab otsakate perifeerseid tangentsiaalseid kanaleid vedeliku varustamiseks pumbast silindrilisse kambrisse ja kanaleid silindrilise kambri ühendamiseks mantelkambriga ning asub sisselaskeavas , vooluvastuvõtja on silindrilis-kooniline aukude ja spiraalsete kanalitega, mis ühendavad silindrilist kambrit kavitatsioonisisendiga ning asub silindrilise kambri väljapääsu juures, kavitatsioonisisend on valmistatud koaksiaaldüüsi kujul ja asetatakse segamiskamber, mis on valmistatud rõngakujulise kanali kujul ja ühendatud kanalite kaudu mantelkambriga, ning summuti kamber asub seadme väljalaskeava juures. Seadme hüdrodünaamilise kavitatsiooni aparaat pikilõikes on näidatud joonisel. Seade on valmistatud toru kujul, mille sisselaskeava juures piirab otsakork 1, mis täidab voolukiirendi rolli, millesse tehakse perifeersed tangentsiaalsed kanalid 2, mille kaudu juhitakse pumbast vedelikku silindriline kamber 3. Teisest otsast piirab kambrit silindrilise pinnaga vooluvastuvõtja 4, millel on spiraalsed kanalid 6 ja millel on sissepääs läbi avade 5 ühendamiseks segakambrisse 8 paigutatud kavitatsiooni sisestusotsikuga 7. Rõngakujuline kamber-särg 9 on ühendatud silindrilise kambriga kanalitega 10, segamiskambriga kanalitega 11. Segamiskamber läheb summuti kambrisse 12, millest vedelik väljub läbi väljalaskeava. Seade töötab järgmiselt. Vedelik pumbatakse silindrilisse kambrisse 3 läbi kaanes paiknevate perifeersete tangentsiaalsete kanalite 2, mille ristlõige võimaldab suurendada ringvoolukiirust. Tangentsiaalsetest kanalitest silindrilisse kambrisse väljumisel kuumeneb keerlev vool paisumise tõttu ja teostab edasist pöörlemis-translatsioonilist liikumist vooluvastuvõtja suunas, omades suurenenud rõhku silindrilise kambri perifeerias ja vähendades rõhku voolu vastuvõtja suunas. voolu aksiaalne osa. Selle tulemusena pöördub osa voolust ümber ja, tehes madalrõhutsoonis pöörlemis-translatsioonilise liikumise, suunatakse katte poole, madalrõhutsoonis tekivad kavitatsioonimullid. Vooluvastuvõtjasse 4 jõudnud perifeerne vool siseneb läbi aukude 5 spiraalkanalitesse 6, läbides mille kaudu see suurendab oma ringkiirust, ja seejärel kavitatsiooni sisestusdüüsi 7 sisemisse õõnsusse. , olles jõudnud silindrilise kambri otsakaaneni, kiirendatakse läbi kaane keskel asuva sisselaskeava ja selles olevate radiaalsete kanalite 10 ja suunatakse mantelkambrisse 9. Mantelkambrisse sisenedes vool paisub ja osaline kuumenemine esineb. Mantelkambrist siseneb kanaleid 11 läbiv vool segamiskambri 8 rõngakujulisse kanalisse. Kaks voolu: pöörlev-translatsiooniline, moodustatakse kavitatsiooni sisestus-düüsis 7 ja translatsiooniline segamiskambrist 8 rõngakujulise kanali kitsas osas. kohtuda ja segada erineva kiiruse ja rõhuga. See toob kaasa maksimaalse arvu teatud suurusega kavitatsioonimullide tekkimise. Nende kokkuvarisemisel muundub kineetiline energia soojusenergiaks, mille tulemusena tõuseb vedeliku temperatuur. Summuti kambris 12 kustuvad turbulentsed-kavitatsioonilised protsessid, laminaarvoolus Kuumutatud vedelik läbi väljalaskeava siseneb torujuhtmesse, pumba kaudu naaseb seadmesse edasiseks soojendamiseks. Kui vedelik saavutab vajaliku temperatuuri, kasutatakse seda soojendamiseks. Vedelikuna kasutamisel vett ühe käiguga mahus 12 kuupmeetrit. m / h läbi 160 mm läbimõõduga kavitatsiooniaparaadi tõuseb temperatuur vähemalt 2 kraadi C. Lisaenergia kogus on vähemalt 26 300 kJ energiakuluga vee pumpamisel 18 000 kJ. Kui vee pumpamiseks kulutatud energiat kasutatakse vee otseseks elektriliseks soojendamiseks, siis sama veevooluhulga juures ja 100% efektiivsust eeldades ei ületa temperatuuritõus 0,35 kraadi C.
Nõue
Hüdrodünaamiline kavitatsiooniseade, mis on valmistatud toru kujul, mis sisaldab sisse- ja väljalaskeavasid, silindrilist kambrit, kavitatsiooni sisestust ja segamiskambrit, mida iseloomustab see, et see on varustatud otsakatte, koaksiaalse mantelkambri, vooluvastuvõtja, summuti kambriga , ja otsakate sisaldab perifeerseid tangentsiaalseid kanaleid vedeliku varustamiseks pumbast silindrilisse kambrisse ja kanaleid silindrilise kambri ühendamiseks mantelkambriga ja asub sisselaskeavas, vooluvastuvõtja on silindrilis-koonusekujuline aukude ja spiraalkanalitega, mis ühendavad kavitatsiooni sisestusega silindriline kamber, mis asub silindrilise kambri väljalaskeava juures, kavitatsioonisisend on valmistatud koaksiaaldüüsi kujul ja asetatakse segamiskambrisse, mis on valmistatud rõngakujulise kanali kujul ja on kanalitega ühendatud mantelkamber ja summuti kamber asuvad seadme väljalaskeava juures.
Sõnum esitleb mõningaid tööga kaasnevaid energiaaspekte, mida laialdaselt reklaamitakse kui väga tõhusat soojusenergia allikad. Eelkõige on näidatud, et ülikõrgete temperatuuri- ja rõhugradientide esinemine on võimalik ainult spetsiaalselt valmistatud "puhastes" homogeensetes vedelikes. Küttesüsteemides kasutatava "tehnilise" tingimustes on projektide autorite deklareeritud mõju põhimõtteliselt võimatu.
Viimasel ajal on laialdaselt reklaamitud populaarse ja informatiivse suunitlusega teaduslikke ja tehnilisi väljaandeid, sealhulgas Internetti hüdrodünaamilised seadmed mõeldud kasutamiseks eelkõige kohalikes küttesüsteemides. Selliste seadmete tööpõhimõte tundub esmapilgul üsna lihtne.
iseloomulik tunnus Selliste ainulaadsete kütteseadmete arvukad kirjeldused on nende teoreetilise põhjenduse peaaegu täielik puudumine, mis kahjuks ei võimalda meil deklareeritud parameetrite objektiivsust kvantifitseerida.
Riis. 1. Väikekatlamaja skemaatiline skeem
Joonisel fig. 1 näitena on toodud katlamaja skemaatiline diagramm, mille aktiivne element on pöörlev, mida esitletakse uue põlvkonna soojusmootoritena, mis muudavad vedeliku mehaanilised, elektrilised ja akustilised mõjud soojuseks.
Rnrnrn rnrnrn rnrnrn
Jahutusvedeliku temperatuuri tõus toimub autorite sõnul järgmiste mõjude tõttu: mehaaniline energia jahutusvedeliku liikumisest tekkiva sisehõõrdumise tõttu; muutumine elektrienergia sisse soojusenergia termiliste elementide elektrohüdraulilise efekti ja kuumutamise tõttu; hüdroakustiline energia kavitatsiooni tõttu soojusenergiaks ja keerise efektid. Joonisel 2 kujutatud diagrammil on autorid [ 1 ] aktsepteeritakse järgmisi nimetusi: 1 - elektrimootor, 2 - kavitatsiooni soojusgeneraator, 3 - manomeeter, 4 - boiler, 5 - õhu segisti, 6 - soojendusega jahutusvedeliku toitetorustik, 7 - temperatuuriandur 8 - plokk automaatjuhtimine, 9 - soojusvaheti, 10 - kütteradiaator, 11 - paisupaak, 12 - filter jahutusvedeliku puhastamiseks, 13 - tsirkulatsioonipump.
Seega on vooluringi põhielement kavitatsiooni soojusgeneraator 2 , mis antud juhul on pöörlevat tüüpi seade, mida kasutatakse laialdaselt keemiatööstus(näiteks GART-klassi pöörlevad seadmed [ 2 ]). baasil projekteeritud keerisseadmete kõrget energiatõhusust reklaamitakse praegu aktiivselt lisaks pöördseadmetele ja püütakse teaduslikult põhjendada. Järjesta torud [3 ].
Süsteemid kavitatsioonisoojuse generaatorid, vaatamata kõige erinevamatele nimetustele (projektide autorid pole ilmselt veel jõudnud terminoloogias kokku leppida) koosneb neljast põhielemendist (joonis 2): ajamimootor 1, pump 2, tegelikult kavitatsiooni soojusgeneraator 3 mille kaudu muundatakse mehaaniline energia soojusenergia ja soojusenergia tarbija 4.
Riis. 2. Kavitatsioonisoojuse generaatori tüüpiline plokkskeem
Lihtsustatud plokkskeem 2 on standardsed peaaegu kõigi vedeliku või gaasi transportimiseks mõeldud hüdrosüsteemide jaoks.
Selliste energiatrafode tööpõhimõtet saab jälgida avalikult kättesaadava pumba näitel peenarde ja muruplatside kastmiseks. suvilad. Tavaline kolmeliitrine purk on vaja täita veega ja sundida pumpa purgist vett võtma ja sinna kallama. Juba läbi 5 - 10 minutit, võite olla täielikus õigsuses kindel James Prescott Joule (1818-1889)ümberkujundamise võimaluse kohta mehaaniline töö soojusesse. Purgis olev vesi kuumeneb. Mõju on veelgi tugevam, kui kodutolmuimeja sisend ja väljund on "lühises". Kuid see on riskantne demonstratsioon, temperatuur tõuseb nii kiiresti, et teil ei pruugi olla aega "sisendi" ja "väljundi" lahtiühendamiseks, mis kahjustab seadet.
Kütteseade, mille skeem on näidatud, töötab ligikaudu samamoodi nagu automootori jahutussüsteem, lahendatakse ainult pöördprobleem, mitte temperatuuri alandades, vaid tõstes. Seadme käivitamisel väljub töövedelik väljalaskeavast hüdrodünaamiline kavitatsioon energia muundur 3 pumba kaudu 2 teenindati mööda lühikest teed sissepääsuni soojusgeneraator. Pärast mitut tsirkulatsiooni mööda väikest (abi)ahelat, kui vesi saavutab seatud temperatuuri, ühendatakse teine (töö)ahel. Töövedeliku temperatuur langeb, kuid seejärel taastatakse see hästi valitud süsteemiparameetritega nõutavale väärtusele.
Paljud tootjate reklaamitud aktivaatorid näivad tegelikult olevat seadmed, mis annavad töövedelikule kineetilise energia. Projektide autorite sõnul õnnestub neil kasutada "erilist" disainifunktsioonid soojusgeneraatorid ja "ebatraditsioonilisi" füüsilisi efekte saavutada kõrged väärtused tõhusust h > 0,9. Mõnel intrigeerival juhul h, vastavalt katsetulemustele ületab ühtsuse. Selgitades hästi uuritud hüdrodünaamiliste seadmete ja protsesside selliseid ebatavalisi omadusi, nõuavad teadlased, et neil õnnestuks kasutada kavitatsiooninähtuste tundmatuid omadusi (kuni " külm» termotuumasünteesi) või torsioonväljad tulenevad pöörlev liikumine vedelikud.
Reeglina termodünaamilised süsteemid koos kavitatsioonisoojuse generaatorid harvemini kasutatakse mehaanilise energia algallikana ühte ja sagedamini kahte elektrimootorit, mis tagavad jahutusvedeliku ringluse läbi süsteemi ja loovad tingimused hüdrodünaamilise kavitatsiooni säilitamiseks. Teisisõnu, elektrienergia E1 vastavate kahjudega k1 muundatakse mehaaniliseks energiaks
Rnrnrn rnrnrn rnrnrn
, (2)
kus k2- jahutusvedeliku voolu mehaanilise energia muundamise koefitsient (autorite terminoloogia järgi - transformatsioon) selle siseenergiaks ja väärtus kõigub, enamasti alates 0,9 enne 4 . Kui väärtus k2 @ 0,9 teatud teoreetiliste lihtsustustega võib pidada kõrgeteks, kuid mingil määral reaalseteks väärtusteks k2 ≥ 1 nõuavad tugevat teoreetilist põhjendust. Energianähtust selgitavad projektide autorid sellega, et nende disainilahendustes kasutatakse ainulaadset meetodit elektrienergia muundamiseks soojusenergiaks, kasutades "kõikuvat vaakumit tugeva kavitatsiooni tingimustes" ja "veemolekulide energiat".
Ilma pikemalt puudutamata, üsna ilmsed põhjused, väände- ja termotuumaprobleeme, aga ka füüsikalise vaakumi energiat, käsitleme mõningaid hüdrodünaamilise kavitatsiooni energiamõjude kasutamise tunnuseid kehas ja massiülekandeprotsessides. Keemis-, akustilise ja hüdrodünaamilise kavitatsiooni protsesse võib kujutada konkureeriva faasi moodustumisena pidevas vedelikus töövedeliku ja lahustunud gaasidega täidetud õõnsuste kujul.
Pange tähele, et hüdrodünaamilise ja akustilise kavitatsiooni nähtust ei paista enam kui sajandi pikkusest uuringust hoolimata täielikult kirjeldatud. Kõik teadlased, kes on seotud kavitatsioon protsessid, nõustuge, et nähtus mõnes selle ilmingus ei ole veel ennustatav. Insenerikonstruktsioonide ja -seadmete parameetrid, mille töö on seotud kavitatsiooni tekkimise ja esinemisega (hüdraulilised turbiinid, laevapropellerid, pumbad, segistid, tehnoloogilised paigaldised) koos tulemustega teoreetiline uurimus täiendatud eksperimentaalsete andmetega, mis põhinevad modelleerimisel kavitatsioon nähtused spetsiaalsetel stendidel [ 4-7 ]. Kavitatsioonist on aga juba palju teada. Vähemalt praeguseks on selle esinemise ja kulgemisega seotud peamised mustrid välja kujunenud. Teadlased ja insenerid on õppinud üsna edukalt ära hoidma destruktiivseid ilminguid (näiteks superkaviteerivad laevapropellerid) ja kasutama neid tehnoloogilistes protsessides, kui midagi on vaja hävitada, näiteks lahustumatute vedelike osakesed, või korraldama keemilisi reaktsioone, mis ei toimu normaalsetes tingimustes.
Teadlased pöörasid tähelepanu energiamõjudele, mis kaasnevad konkureeriva faasi ilmumisega vedelikus rõhul, mis on võrreldav töövedeliku küllastunud aurude rõhuga. AT 1917. aastal Lord Rayleigh lahendas "tühja" sfäärilise õõnsuse kokkuvarisemise ajal vedelikus tekkiva rõhu probleemi [ 4 ]. Sfäärilise sümmeetria korral õõnsust ümbritseva vedeliku irrotatiivse radiaalse vooluga saadi kineetilise energia võrrand K L
, (3)
kus pL on vedeliku tihedus, u- radiaalkiirus suvalisel kaugusel r > R süvendi keskelt vr on õõnsuse seina radiaalne kiirus. Teoreemi kohaselt peab vedeliku kineetilise energia muutus olema võrdne tööga, mida vedeliku mass teeb õõnsuse sulgemisel.
(4)
kus on rõhk vedelikus eemal, Rmax on õõnsuse raadius selle kokkuvarisemise alguses, R0 on õõnsuse lõplik raadius. Võrdsus ( 3 ) ja ( 4 ), saame jõuda sfäärilise õõnsuse pinna kiiruse võrrandini
. (5)
Nii näiteks juhtumi jaoks R max \u003d 10 -3 m ja R 0 \u003d 10 -6 m juures = 105 Pa, p L \u003d 103 kg / m 3õõnsuse seina kiirus saadakse võrdseks v r @ 1,4 × 10 4 m/s mis on suurusjärgu võrra suurem heli kiirusest vees. Kavitatsiooniõõnsust täitva vedeliku kineetilise energia väärtus on kooskõlas võrrandiga ( 3 ) väärtus
, (6)
Seda ainult eeldusel 10% vedeliku kineetiline energia muundatakse soojuseks, siis on maksimaalne lokaalne temperatuurimuutus õõnsuse kokkuvarisemise piirkonnas ligikaudu
kus s @ 4200 J/kg × K on vee erisoojusmaht. On loomulik eeldada, et nii kõrgetel temperatuuridel on võimalikud protsessid molekulaarsel ja aatomitasandil. Tuleb eeldada, et just sellised arvutustulemused viisid projekteerijad oletusteni "külmade" termotuumasünteesi reaktsioonide võimalikkuse kohta.
Rnrnrn rnrnrn rnrnrn
|
Tabel 1
|
Peaksime meeles pidama, et tehtud arvutused tehti teooria põhjal, mis võimaldab piiramatult suurendada rõhku ja õõnsuse piiride kiirust sulgemise lõppfaasis ideaalses ülima mahutugevusega vedelikus. z, mille teoreetilised väärtused on toodud tabelis. 1 . Rõhkade ja temperatuuride mõjul võivad molekulidevahelised vahemaad vedelikus muutuda ning iga vedeliku jaoks üsna spetsiifilise piiri saavutamisel tekib katkestus. Näiteks vee puhul on molekulidevaheline kaugus L0 @ 3 × 10 -10 m , mis võimaldab meil määrata maksimaalse tõmbepinge kui
|
. (8)M. Kornfeldi andmed saadi konkureeriva aurufaasi ilmnemise kohta üheaegselt kogu vedeliku mahus, mida praktikas kunagi ei täheldata. Kui vesi oli määratud tugevusega, siis hankige kavitatsioon arutatavate seadmete tingimustes oleks võimatu. Praktikas võivad vedelike spetsiaalselt valmistatud portsjonite tingimustes, mis ei sisalda ebaühtlust, tekkida termiliste kõikumiste tõttu aurusüdamikud. Aurusüdamike mahu suurenemine on võimalik, kui vedeliku küllastunud aurude rõhk ületab välisrõhu, s.o.
, (9)
kus psp on vedeliku küllastunud auru rõhk, s L / sp- pindpinevuste koefitsient vedeliku-auru piirpinnal. Tuumade arv, mis võivad kaotada stabiilsuse ajaühikus vedeliku mahuühiku kohta, määratakse võrrandiga Ya.B. Zeldovitš [ 5 ]
, (10)
kus n 0 - moodustunud tuumade arv, F- konstantne kordaja, kB@ 1,4 × 10-23 J/K on Boltzmanni konstant, T on absoluutne temperatuur, A(R 0 ) - tuuma moodustamise töö
esimene liige iseloomustab vaba pinna loomiseks kulutatud energia hulka, teine liige ( 11
) on uue raadiusega õõnsuse moodustamise töö R0, kolmas on õõnsuse auruga täitmiseks vajalik töö.
Seega tuleb välisjõudude toimel homogeenses vedelikus mikroheterogeensuste tekitamiseks teha teatud hulk tööd. Teisisõnu, vedeliku oleku muutumine, sealhulgas moodustumine kavitatsioon tuumad, on tingitud energia tarnimisest välistest allikatest. Saadud kavitatsioon südamik võib oma mahtu suurendada või vähendada olenevalt südamiku sees oleva välisrõhu ja aururõhu suhtest. Tuuma kasvutingimuse saab saada võrrandite ( 11
) ja ( 10
), st. võrrandist ( 11
) määrake väärtus R0 ja asendage see väärtus tingimuses ( 9
)
, (12)
kus 1/t = dn 0/dt, t- vedeliku mahuühiku katkemise ooteaeg. Eeldusel, et vallaline kavitatsioon tuum mahult 1 cm 3 moodustatud ühe sekundi jooksul ja võttes Kornfeldi järgi A @ 10 3 1 s - 1 m 3 Selgub
Sel juhul
.(12)
Vastavalt ( 12 ) vee tõmbetugevus on võrdne z @ 1,6 × 10 8 Pa, peaaegu kaks korda vähem kui teoreetiline Kornfeldi väärtus ja kolm korda vähem kui molekulaarvõrrand ( 8 ).
Nagu katseliselt kindlaks tehtud [ 4 - 7 ], kavitatsioon vedelike tugevus on teoreetilistest väärtustest mitu suurusjärku madalam. Nii näiteks M.G. Sirotjuk [ 7 ] ja G. Flynn [ 6 ] mõõtmised avaldati kavitatsioon destilleeritud puhastatud ja kraanivee tugevus. Akustilise rõhu läviväärtuste mõõtmisel erinevad sagedused, kus registreeriti võistlusfaasi esinemine, saadi töötlemata kraanivee minimaalsed rõhu väärtused lkr @ 5 × 10 4 Pa ja destilleeritud ettevalmistatud vee jaoks - lkr @ 4 × 10 7 Pa.
Joonis 3. Katselised künnised kavitatsiooni esinemiseks vees
Sellise olulise hajumise peamine põhjus kavitatsioon vee tugevus on selle heterogeensus, s.t. kohalolu selles kavitatsioon gaasi ja vedeliku auruga täidetud tuumad ehk siis konkureeriva faasi tekkimine toimub vedelikus juba olemasolevates kriitilise raadiusega tuumades R r kui nad sisenevad madala rõhuga piirkondadesse.
Kui eeldame, et südamiku laienemise protsess kulgeb vastavalt adiabaatilisele skeemile, siis seos P G(0) ja praegune P G gaasi rõhku mahtu suurendavas südamikus saab kujutada Poissoni võrrandi alusel saab esitada järgmiselt
kus g on adiabaatiline indeks. Sel juhul saab muutuva ruumalaga külgnevate tuumade kinemaatilisi parameetreid väljendada järgmise diferentsiaalvõrrandiga [ 5 ]
. (14)
Radiaalkiiruse komponendi maksimaalse väärtuse jaoks võrrandi ( 5vr (max) @ 534 m/s, mis sisse 26 korda vähem, hüpoteetiline temperatuurigradient vastavalt võrrandile ( 7 ) saab
,(16)
mis on võrreldamatult madalam kui "fusiooni" temperatuurid, mida on mainitud väljaannetes kavitatsioonisoojuse generaatorid. Samuti tuleks silmas pidada, et tavaline kraanivesi koos kõrge tase gaasisisaldus, mis sisaldab ilmselgelt suhteliselt palju Kavitatsioon gaasiga täidetud südamikud. Kui sellised tuumad sisenevad madala rõhuga tsoonidesse, suurendavad tuumad oma mahtu teatud maksimumväärtuseni ja seejärel muutuvad nende ruumala perioodiliselt oma sagedusega
. (18)
Kavitatsiooniõõnde salvestatud energia genereeritakse osaliselt akustiliste vibratsioonidena, kusjuures soojusenergiaks muundamise koefitsient ei ületa 1% õõnsuse koguenergiast.
Tuleb meeles pidada, et hüdrodünaamilised süsteemid kavitatsioonisoojuse generaatorid on suletud (joonis 2), mis tähendab tsirkulatsiooniahela olemasolu. Soojusgeneraatori madalrõhutsooni lühikese aja pärast läbinud vedelik satub uuesti sinna. Sellist vedeliku ringlust läbi kavitatsioonitsooni iseloomustavad hüstereesi nähtused [ 8 ], kui kavitatsioonituumade arv ja suurusjaotus muutub. kavitatsioon vedeliku tilkade tugevuse tõttu ringlevad süsteemis gaasiga täidetud mullid, mille suurus ei võimalda neil paisupaagis veepinnani jõuda (joon. 1).
Seega võib tehtud analüüsi põhjal järeldada, et soojusgeneraatorite tingimustes ei saa hüdrodünaamilist kavitatsiooni käsitleda lisaenergia allikana. Paisuva, variseva ja pulseeriva ansambel kavitatsioon Koobast esitletakse kui omamoodi energiaenergiatrafot, mille kasutegur ei saa põhimõtteliselt, nagu iga trafo, ületada ühte.
Kirjandus
tstu.ru/structure/kafedra/doc/maxp/eito6.doc
Fridman V.M. Ultraheli keemilised seadmed. - M.: Mashinostroenie, 1967. - 211 lk.
Potapov Yu.S., Fominsky L.P., Vortexi energia ja liikumisteooria seisukohast. - Chişinău - Tšerkasõ: OKO-Plus. ,2000. - 387 lk.
Knapp R., Daly J., Hammit F. Kavitatsioon. - M.: Mir, 1974. - 678 lk.
Pernik A.D. kavitatsiooni probleemid. - L.: Laevaehitus, 1966. - 435 lk.
Rnrnrn rnrnrn rnrnrn
Flynn G. Vedelike akustilise kavitatsiooni füüsika. Raamatus. Füüsiline akustika, // toim. W. Mason, T 1, - M .: Mir, 1967, S. 7 - 128.
Sirotyuk M.G. Ultraheli kavitatsiooni eksperimentaalsed uuringud. Raamatus. Võimsad ultraheliväljad, Ed. L.D. Rosenberg, 1968. S. 168-220.
Vasiltsov E.A., Isakov A.Ya. Kavitatsiooni hüstereesi omadused // Rakendusakustika. Probleem. 6. -Taganrog: TRTI, 1974. -S.169-175.
