Чудо  - Рациональность - Наука - Духовность

Клуб Исследователь - главная страница

ЖИЗНЕННЫЙ ПУТЬ - это путь исследователя, постигающего тайны мироздания

Чем больше знаешь, тем больше убеждаешься что ни чего не знаешь...

Главная

Библиотека

О клубе
ГАИ "Алтай-Космопоиск"
Путеводитель по Алтаю
Маршруты (походы)
   Туризм

X-files

Наука и технологии

Техника и приборы

Косморитмодинамика

Новости

Фотоальбомы

Видеоальбомы

Карты (треки)

Прогноз погоды

Контакты

Форум

Ссылки, баннеры

 

Наш сайт доступен

на

52 языках

 

 
Если вам понравился сайт, то поделитесь со своими друзьями этой информацией в социальных сетях, просто нажав на кнопку вашей сети.
 
 
 
 
 
  Locations of visitors to this page
LightRay Рейтинг Сайтов YandeG Яндекс цитирования Яндекс.Метрика

 

Besucherzahler

dating websites

счетчик посещений

russian brides

contador de visitas

счетчик посещений

 

 

Здесь

может быть ваша реклама.

 

Наука и технологии

Виртуальный фонд естественнонаучных и научно-технических эффектов "Эффективная физика"
А  Б  В  Г  Д  Е  Ж  З  И  Й  К  Л  М  Н  О  П  Р  С  Т  У  Ф  Х  Ц  Ч  Ш  Щ  Ы  Э  Ю  Я   По связи разделов
Акустическая кавитация
Акустическая кавитация

Анимация

Описание

Кавитацией называется явление образования в жидкости полостей заполненных газом, паром или их смесью (кавитационные пузырьки или каверны). Кавитационные пузырьки образуются в тех местах, где давление в жидкости становится ниже критического значения Рcr (в реальной жидксти Рcr приближенно равно давлению насыщенного пара этой жидкости при данной температуре).

Акустическая кавитация, в отличие от гидродинамической (обусловленной понижением давления вследствие больших  локальных значений скорости в потоке движущейся жидкости), возникает при прохождении звуковых волн высокой интенсивности и амплитуды звукового давления, превосходящей некоторую пороговую величину. Кавитационные пузырьки возникают во время полупериода разрежения на так называемых кавитационных зародышах, которыми чаще всего являются газовые включения, содержащиеся в жидкости и на колеблющейся поверхности акустического излучателя.

Поэтому кавитационный порог повышается по мере снижения содержания газа в жидкости, при увеличении гидростатического давления, после “обжатия” газа в жидкости (~108 Па) гидростатическим давлением и при охлаждении жидкости, а кроме того, при увеличении частоты звука и при сокращении продолжительности озвучивания.

Порог для бегущей акустической волны выше, чем для стоячей. Пузырьки захлопываются во время полупериодов сжатия, создавая кратковременные (длительностью ~10-6 с) импульсы давления (до 108 Па и выше), способные разрушить даже весьма прочные материалы. Такое разрушение имеет место на поверхности мощных акустических излучателей, работающих в  жидкости.

При температуре жидкости, близкой к точке кипения, доминирующий вклад в образование пузырьков вносит испарение жидкости; такие процессы наблюдаются, например, при возникновении кавитации в криогенных жидкостях.

Звуковое поле в жидкости, вызывающее кавитацию, обычно неоднородно по пространству. Это приводит к тому, что наряду с пульсациями, пузырек движется поступательно. В стоячей ультразвуковой волне направление движения пузырька зависит от соотношения между его радиусом Rрез пузырька, частота собственных колебаний которого совпадает с частотой ультразвуковой волны. При размере пузырька меньше резонансного (R<Rres) пузырьки пульсируют в фазе с колебаниями давления и мигрируют по направлению к пучности давления, а при (R>Rres) пузырьки перемещаются к узлам давления.

Скорость n поступательных (трансляционных) движений пузырьков радиуса R0 при гидростатическом давлении Р, находящихся в ультразвуковом поле со звуковым давлением Ра равна:

 

,

где h - коэффициент кинематической вязкости жидкости;

s - коэффициент поверхностного натяжения;

х - пространственная координата (i=1,2,3…).

 

Трансляционное движение пузырьков является причиной коагуляционного механизма роста каверн. Например, кавитационная каверна в фокусе ультразвукового концентратора может образоваться в результате коагуляции (то есть соединения вместе) движущихся центростремительно пузырьков. Одновременно с этим из фокальной области могут выбрасываться пузырьки, размеры которых превышают резонансный, образуя часто наблюдаемые флуктуирующие веером ("развевающиеся") потоки пузырьков.

Количественно момент возникновения кавитации и степень ее развития характеризуют числом кавитации:

 

c=(P0-Ps)/Pa,

 

где Ps - давление насыщенного пара;

Pa - амплитуда звукового давления;

P- гидростатическое давление, т.е. амплитудой понижения давления в жидкости.

 

Момент возникновения кавитации характеризуется критическим числом cк, которому соответствует критическое значение звукового давления Рк; обе эти величины зависят от многих параметров, характеризующих как состояние жидкости - газосодержание (рис. 1) для воды, температура, наличие примесей и звуковое поле - частота (рис. 2) для воды, длительность излучаемого импульса и т.д.

 

Зависимость критического звукового давления от газосодержания в жидкости

 

 

Рис. 1

 

Зависимость критического звукового давления частоты звуковых колебаний

 

 

Рис. 2

Временные характеристики

Время инициации (log to от 0 до 1);

Время существования (log tc от 0 до 5);

Время деградации (log td от -1 до 0);

Время оптимального проявления (log tk от 1 до 4).

Диаграмма:

Технические реализации эффекта

Техническая реализация эффекта

Акустическую кавитацию легко наблюдать в обычной лабораторной ультразвуковой ванне при увеличении мощности ультразвука или нагреве воды.

Применение эффекта

Акустическая кавитация в целом является паразитным эффектом, который, к примеру, разрушает рабочие поверхности подводных ультразвуковых излучателей (сонаров и пр.). Однако в отдельных случаях он находит применение, например при ультразвуковой очистке.

Литература

 1. Ультразвук / Под ред. И.П. Голяминой.- М.: Советская Энциклопедия, 1979.

 2. Бреховских Л.М., Гончаров В.В. Введение в механику сплошных сред.- М.: Наука, 1982.

Ключевые слова

  • акустические колебания
  • ультразвук
  • звуковое давление
  • гидростатическое давление
  • кипение
  • кавитация
  • пузырьки

Разделы естественных наук:

Акустика
Механические колебания и волны
Реальные газы
Фазовые переходы

Используются в научно-технических эффектах:

Полное название / (Краткое название)
Получение аэрозоля из жидкости с помощью акустических колебаний звукового или ультразвукового диапазона (Акустическое распыление)
Полное название / (Краткое название)

Используемые в научно-технических эффектах совместно с данным эффектом естественнонаучные эффекты:

Полное название / (Краткое название)
1Переменная часть давления, возникающая в среде при прохождении звуковой волны (Звуковое давление)
1Переход одной из взаимно нерастворимых жидкостей в дисперсное состояние в среде другой под действием акустических колебаний (Эмульгирование ультразвуковое)
Полное название / (Краткое название)

Используются в областях техники и экономики:

1Авиастроение
1Автомобилестроение
1Двигателестроение
1Производство медицинских материалов, средств и изделий
1Производство фармацевтических средств
1Теплоэнергетика и теплотехника
1Электроакустическая, ультразвуковая и инфразвуковая техника
1Электрофизико-химическая обработка

Формализованное описание Показать