к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А   Б   В   Г   Д   Е   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Э   Ю   Я  

Кавитация акустическая

Кавитация акустическая - возникает под действием интенсивной звуковой волны. Если амплитуда звукового давления превосходит нек-рое критич. значение рк, соответствующее порогу К., то в фазе разрежения звуковой волны создаётся такое низкое давление, что сплошность жидкости нарушается и образуются пузырьки. В обычных условиях нарушение сплошности в жидкости возникает при давлениях, лишь немного меньших давления насыщ. пара при данной температуре. Величина рк зависит от многих параметров, характеризующих как состояние жидкости - газосодержание, темп-pa, наличие примесей, так и звуковое поле - частота, продолжительность звукового воздействия, пространственное распределение интенсивности звука. Акустич. К. возникает в результате потери устойчивости кавитац. зародышей, попадающих в область пониж. давления в звуковой волне, и быстрого их роста. Этот процесс обусловлен рядом эффектов: давлением газа и пара в пузырьке, превышающем давление в окружающей жидкости; диффузией газа в пузырёк из жидкости; испарением жидкости и увеличением массы пара в пузырьке; коагуляцией зародышей. Первый из перечисленных механизмов играет основную роль в образовании кавитационной полости при быстром понижении давления (высокая частота звука) в жидкости с малым содержанием газа. Микроскопич. пузырёк, попадая в область разрежения, быстро расширяется под действием давления газа и пара внутри него, превосходящего суммарное действие сил поверхностного натяжения и давления в окружающей жидкости. Диффузионный механизм роста пузырька обычно проявляется при сравнительно медленных изменениях давления (низкая частота звука) в жидкости с большим содержанием газа. При расширении пузырька концентрация газа в нём падает и газ диффундирует из жидкости в пузырёк. При сжатии пузырька процесс происходит в обратном направлении. Кол-во продиффундировавшего газа пропорционально площади поверхности пузырька, к-рая в стадии расширения больше, чем в стадии сжатия. В результате не происходит полной компенсации потоков газа, и в целом за период кол-во газа в пузырьке возрастает. Это явление наз. выпрямленной диффузией, оно вызывает рост пузырьков в поле перем. давления. Если темп-pa жидкости близка к точке кипения, то рост пузырька обычно связан с увеличением массы пара в нём за счёт испарения жидкости. При этом, так же как и в случае диффузионного механизма, возможен режим выпрямленной теплопередачи, приводящей к росту пульсирующего пузырька в среднем за период в результате увеличения массы пара. Др. механизм роста пульсирующего парового пузырька связан с неадиабатичностью процесса изменения состояния пара при пульсации пузырька, приводящей к разогреву вещества и испарению жидкости в пузырёк. Этот механизм обычно проявляется при росте крупных зародышей. Звуковое поле в жидкости, вызывающей К., обычно неоднородно по пространству, что приводит к поступат. движению пузырьков. В результате этого, а также под действием сил взаимодействия между пульсирующими пузырьками (см. Пондеромоторные силы в акустическом поле), пузырьки, пульсируя, перемещаются и иногда сливаются друг с другом - развивается коагуляц. механизм роста зародышей. В реальных ситуациях описанные механизмы роста пузырька действуют одновременно, их относит, вклад зависит от состояния жидкости и характеристик звукового поля. Количественно момент возникновения акустич. К. и степень её развития характеризуются, как и для гидродинамич. К., числом К. (, к-рое в этом случае равно (=(р0н)/pа, где p0 - гидррстатич. давление в жидкости, рн - давление её насыщ. пара, ра - амплитуда звукового давления. Момент возникновения К. характеризуют критич. числом К. (к, соответствующим критич. амплитуде звукового давления pа=pк Возникшие в звуковом поле кавитац. полости интенсивно пульсируют, расширяясь в фазе разрежения и схлопываясь в фазе повыш. давления. Степень сжатия пузырька при схлопывании, характеризуемая отношением макс. радиуса пузырька Rмакс к минимальному Rмин, тем больше, чем больше давление в жидкости р=р0+pа и меньше газосодержание в пузырьке, характеризуемое давлением газа Q, при R=Rмакс:
012-21.jpg
(g - показатель адиабаты газа в пузырьке). Макс. давление рмакс в пузырьке, соответствующее его мин. объёму, приближённо выражается ф-лой
012-22.jpg
оно может составлять неск. тысяч МПа. В результате адиабатич. сжатия газ и пар (к-рый при больших скоростях изменения объёма пузырька ведёт себя как газ) нагреваются до температуры ~104 К, чем, по-видимому, и вызываются свечение пузырьков (звуколюминесценция) и частичная ионизация содержащегося в них газа. Макс. скорость схлопывания развивается в фазе, близкой к фазе мин. значения радиуса пузырька, и может стать весьма большой (сравнимой со скоростью звука в жидкости). Вследствие потери устойчивости формы пузырька его схлопывание может происходить несимметричным образом, вызывая образование кумулятивной струи жидкости, радиус к-рой близок к мин. радиусу пузырька, а скорость - к скорости его схлопывания. При схлопывании пузырька в жидкость излучаются кратковременные (длительностью ~10-6 с) импульсы давления до 100 МПа и более. Форма импульса схематически изображена на рис. 1.
012-23.jpg
Рис. 1. Форма импульса давления, излучаемого при схлопывании пузырька.

012-24.jpg
Рис. 2. Спектр кавитационного шума, вызванного волной частоты 175 кГц.

Пиковое значение давления на расстоянии r от пузырька выражается ф-лой р=рмакс/r, длительность импульса 012-25.jpg , где r - плотность жидкости. В условиях развитой К. в различные, случайно распределённые моменты времени схлопывается множество пузырьков, в результате чего излучается шум со сплошным спектром в полосе от неск. сотен Гц до МГц. На фоне сплошного спектра выделяются дискретные гармонич. и субгармонич. компоненты звукового поля, вызывающего К. (рис. 2). Мощные гидродинамич. возмущения в кавитац. области в виде импульсов сжатия и микропотоков, порождаемых пульсирующими пузырьками, сопровождаются сильным разогревом вещества, а также выделением газа, содержащего атомарную и ионизованную компоненты. Всё это оказывает сильное воздействие на вещество в кавитац. области. Поверхности твёрдых тел, находящихся в области К., разрушаются (кавитац. эрозия). Воздействие К. используется для разрушения и диспергирования твёрдых тел, для УЗ-очистки поверхностей деталей, а также для эмульгирования жидкостей. Эффект кавитац. эрозии используют для оценки интенсивности К. по разрушению тонкой алюминиевой фольги, помещаемой в кавитац. область. Если жидкость насыщена газом, то газ диффундирует в пузырьки, к-рые, всплывая, уносят газ и уменьшают его содержание в жидкости (дегазация). К. оказывает вредное воздействие на работу излучателей звука в жидкости, ограничивая возможность дальнейшего повышения интенсивности излучаемого звука. Воздействием на вещество в зоне К. пользуются для возбуждения и ускорения хим. реакций, чему способствует появление диссоциированных и ионизированных компонент вещества, для уничтожения вредных микроорганизмов, экстрагирования ферментов из животных и растительных клеток и др. Возникновение К. в криогенных жидкостях на центрах ионизации используется для визуализации треков частиц высоких энергий в пузырьковых камерах.

Литература по акустической кавитации

  1. Бергман Л., Ультразвук и его применение в науке и технике, пер. с нем., 2 изд., М., 1957;
  2. Физика и техника мощного ультразвука, под ред. Л. Д. Розенберга, [кн. 2] - Мощные ультразвуковые поля, М., 1968;
  3. Сетте Д., Исследование зародышей кавитации, в кн.: Подводная акустика, пер. с англ., М., 1970;
  4. Ультразвуковая технология, под ред. Б. А. Аграната, М., 1974;
  5. Гасенко В. Г., Соболев В. В., Поведение сферической кавитационной полости в звукрвом поле, в кн.: Волновые процессы в двухфазных системах, Новосиб., 1975;
  6. Lauterborn W., Optic cavitation, "J. Phys.", 1980, V. 41, Mil, suppl., p. 273.

К. А. Наугольных

к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

Знаете ли Вы, что "гравитационное линзирование" якобы наблюдаемое вблизи далеких галактик (но не в масштабе звезд, где оно должно быть по формулам ОТО!), на самом деле является термическим линзированием, связанным с изменениями плотности эфира от нагрева мириадами звезд. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМАФорум Рыцари теории эфира
Рыцари теории эфира
 20.09.2019 - 04:36: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вячеслава Осиевского - Карим_Хайдаров.
18.09.2019 - 12:08: НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ - New Technologies -> ПРОБЛЕМА ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА - Карим_Хайдаров.
18.09.2019 - 06:01: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Л.Г. Ивашова - Карим_Хайдаров.
17.09.2019 - 05:51: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ФАЛЬСИФИКАЦИЯ ИСТОРИИ - Карим_Хайдаров.
17.09.2019 - 05:41: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Андрея Тиртхи - Карим_Хайдаров.
16.09.2019 - 18:21: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ - Economy and Finances -> ПРОБЛЕМА КРИМИНАЛИЗАЦИИ ЭКОНОМИКИ - Карим_Хайдаров.
16.09.2019 - 03:11: СОВЕСТЬ - Conscience -> РУССКИЙ МИР - Карим_Хайдаров.
14.09.2019 - 18:23: ПЕРСОНАЛИИ - Personalias -> WHO IS WHO - КТО ЕСТЬ КТО - Карим_Хайдаров.
13.09.2019 - 09:08: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> Биологическая безопасность населения - Карим_Хайдаров.
12.09.2019 - 17:47: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> РАСЧЕЛОВЕЧИВАНИЕ ЧЕЛОВЕКА. КОМУ ЭТО НАДО? - Карим_Хайдаров.
08.09.2019 - 03:42: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от О.Н. Четвериковой - Карим_Хайдаров.
07.09.2019 - 07:36: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Декларация Академической Свободы - Карим_Хайдаров.
Bourabai Research Institution home page

Bourabai Research - Технологии XXI века Bourabai Research Institution