Значення слова "Кавітація" вВеликої Радянської Енциклопедії
Значення слова "Кавітація" у Великій Радянській Енциклопедії
Кавітація (від латів. cavitas - порожнеча), утворення в краплинній рідині порожнин, заповнених газом, парою або їх сумішшю (так званих кавітаційних бульбашок, або каверн). Кавітаційні
 |
| Мал. 1. Кавітаційний міхур на торцевій поверхні стрижня, що вібрує (десятикратне збільшення). |
Гідродинамічна кавітація. Оскільки в реальній рідині завжди присутні дрібні бульбашки газу або пари, то, рухаючись з потоком і потрапляючи в ділянку тискур2 (1500кг/см 2).Реальні рідини менш міцні. Максимальне розтягнення ретельно очищеної води, досягнуте при розтягуванні води при 10 °С, становить 28Мн/м 2(280кг/см 2).Зазвичай розрив виникає при тисках, лише трохи менших тиску насиченої пари. Низька міцність реальних рідин пов'язана з наявністю в них так званих кавітаційних зародків: погано змочуваних ділянок твердого тіла, твердих частинок з тріщинами, заповненими газом, мікроскопічних газових бульбашок, що запобігають розчиненню мономолекулярними органічними оболонками, іонних утворень, що виникають під іонами.
При даній формі обтічного тілаКавітація виникає при певному, цілком визначеному для цієї точки потоку, значенні безрозмірного параметра
дер -гідростатичний тиск набігаючого потоку,рн -тиск насиченої пари, r - щільність рідини, u\-швидкість рідини на достатньому віддаленні від тіла. Цей параметр називають "числом кавітації", служить одним із критеріїв подібності при моделюванні гідродинамічних течій. Збільшення швидкості потоку після початкуКавітація викликає швидке зростання числа кавітаційних бульбашок, після чого відбувається їх об'єднання в загальну кавітаційну каверну, потім перебіг переходить у струменеве (див.Струмінь).У цьому перебіг зберігає нестаціонарний характер лише області замикання каверни. Особливо швидко струменеве протягом організується у разі погано обтічних тіл.
Якщо всередину каверни, через тіло, біля якого виникаєкавітація, підвести атмосферне повітря або інший газ, то розміри каверни збільшуються. При цьому встановиться течія, яка буде відповідати числу кавітації, утвореному вже не за насичувальним тиском водяної парирн,а по тиску газу всередині каверниpk,т.е . Сплив такого кавітаційного каверни визначатиметься т. зв. числом Фруда,деg -прискорення сили тяжіння, ad -деякий характерний лінійний розмір. Так якpkможе бути набагато більшерн,то в таких умовах можливо при малих швидкостях набігаючого потоку отримувати течії, що відповідають дуже низьким значенням c, тобто глибоким ступеням розвиткуКавітація Так, при русі тіла у воді зі швидкістю 6-10м/секможна отримати його обтікання, що відповідає швидкостям до 100м/сек.Кавітаційні течії,каверни, що виходять в результаті підведення газу всередину, називають штучноюКавітація
ГідродинамічнаКавітація може супроводжуватися низкою фізико-хімічних ефектів, наприклад іскроутворенням та люмінесценцією. У ряді робіт виявлено вплив електричного струму та магнітного поля наКавітація, що виникає при обтіканні циліндра в гідродинамічній трубі.
ДослідженняКавітація і боротьба з нею мають велике значення, оскількиКавітація надає шкідливий вплив на роботу гідротурбін, рідинних насосів, гребних гвинтів кораблів, підводних звуковипромінювачів, рідинних систем висотних літаків і т.д. ., знижує коефіцієнт корисної дії і призводить до руйнувань.Кавітація може бути зменшена при збільшенні гідростатичного тиску, наприклад, приміщенням пристрою на достатній глибині по відношенню до вільної поверхні рідини, а також підбором відповідних форм елементів конструкції, при яких шкідливий впливКавітація зменшується. Для зменшення ерозії лопаті робочих коліс виготовляють із нержавіючих сталей та шліфують.
Експериментальні дослідження Кавітація проводяться в так званих кавітаційних трубах, що являють собою звичайні гідродинамічні труби, обладнані системою регулювання статичного тиску.
Літ.:Корнфельд М., Пружність і міцність рідин, М. - Л., 1951; Біркгоф Г., Сарантонелло Е., Струмені, сліди і каверни, пров. з англ., М., 1964: Пірнік А. Д., Проблеми кавітації, 2 видавництва, Л., 1966; Ошеровський С. Х., Кавітація в генераторах, «Енергетика та електрифікація», 1970 № 1.
Акустична кавітація. При випромінюванні в рідину звуку з амплітудою звукового тиску, що перевищує деяку граничну величину, під час напівперіодіврозрідження виникають кавітаційні бульбашки на так званих кавітаційних зародках, якими найчастіше є газові включення, що містяться в рідині і на поверхні акустичного випромінювача, що коливається. Тому кавітаційний поріг підвищується в міру зниження вмісту газу в рідині, при збільшенні гідростатичного тиску, після обтиснення рідини високим (порядку 10 3кгс/см 2@ 10 2Мн/м 2) гідростатичним тиском і при охолодженні рідини, а також при збільшенні частоти звуку і при скороченні тривалості озвучування. Поріг вищий для біжить, ніж для стоячої хвилі. Пухирці захлопуються під час напівперіодів стиснення, створюючи короткочасні (порядку 10 -6сек) імпульси тиску (до 10 3Мн/м 2@ 10 4кгс/см 2і більше), здатні зруйнувати навіть дуже міцні матеріали. Така руйнація спостерігається на поверхні потужних акустичних випромінювачів, що працюють у рідині. Тиск при захлопуванні кавітаційних бульбашок підвищується при зниженні частоти звуку і підвищення гідростатичного тиску; воно вище в рідинах з малим тиском насиченої пари. Захлопування бульбашок супроводжується адіабатичним нагріванням газу в бульбашках до температури близько 10 4 °С, чим, мабуть, і викликається світіння бульбашок приКавітація (т.зв. звуколюмінесценція).Кавітація супроводжується іонізацією газу в бульбашках. Кавітаційні бульбашки групуються, утворюючи кавітаційну область складної та мінливої форми. ІнтенсивністьКавітація зручно оцінювати по руйнуванню тонкої алюмінієвої фольги, в якій бульбашки, що кавітують, пробивають отвори. За кількістю та розташування цих отворів, що виникають за певний час, можна судити про інтенсивністьКавітація та конфігураціюкавітаційної області.
ПояваКавітація обмежує можливість подальшого підвищення інтенсивності звуку, що випромінюється в рідину, внаслідок зменшення її хвильового опору та відповідного зниження навантаження на випромінювач (див.Імпеданс акустичний).АкустичнаКавітація та пов'язані з нею фізичні явища викликають ряд ефектів. Частина з них, наприклад, руйнування і диспергування твердих тіл, емульгування рідин, очищення поверхонь, деталей, зобов'язана своїм походженням ударам при захлопуванні бульбашок і мікропоток поблизу них. Інші ефекти (наприклад, ініціювання та прискорення хімічних реакцій) пов'язані з іонізацією газу у бульбашках. Завдяки цим ефектам акустичнаКавітація все ширше використовується для створення нових та вдосконалення відомих технологічних процесів. Велика кількість практичних застосуваньультразвукузаснована на ефектіКавітація
АкустичнаКавітація має велике значення в біології та медицині. Імпульси тиску, що виникають у кавітаційних бульбашках, обумовлюють миттєві розриви мікроорганізмів і найпростіших, що знаходяться у водному середовищі, що піддається дії ультразвуку.Кавітація використовують для виділення з тварин та рослинних клітин ферментів, гормонів та ін біологічно активних речовин.
Літ.:Бергман Л., Ультразвук та його застосування в науці та техніці, пров. з ньому., М., 1956; Рой Н. А., Виникнення та перебіг ультразвукової кавітації, «Акустичний журнал», 1957, т. 3, ст. 1, с. 3; Сиротюк М. Р., Експериментальні дослідження ультразвукової кавітації, в кн.: Фізика та техніка потужного ультразвуку, т, 2, М., 1968; Ультразвук у гідрометалургії, М., 1969.