ЭФФЕКТ НАГРЕВАНИЯ ЖИДКОСТИ ПУТЕМ КОНТРОЛИРУЕМОЙ КАВИТАЦИИ

Кавитация – это образование в жидкости полостей, наполненных газом, паром или их смесью (кавитационных пузырьков или каверн), возникающее в результате локального перепада давления в жидкости, происходящее либо при увеличении ее скорости (гидродинамическая кавитация) или при прохождении акустической волны высокой интенсивности. во время вакуумного полупериода (акустическая кавитация). [1,2]

Управляемым процессом является искусственно созданный кавитационный эффект, позволяющий достичь высоких параметров преобразования электрической энергии на приводе насоса в тепловую энергию для нагрева воды [3,4].

В ряде сообщений Степанофф [5,6,7] после тщательного анализа влияния термодинамического эффекта доказывает прямую связь между процессами теплообмена и фазой разрушения или «микроколлапса» полостей. Распределение количества тепла, в том числе возможности внутреннего тепловыделения от воды к пару, сопровождается резким повышением температуры и последствиями разрушающего действия кавитации. В работах [8,9] отчетливо проявляется тенденция прямого переноса термодинамического эффекта на разрушающее действие исследуемых жидкостей.

В случае насосов для исследования криогенных жидкостей [10,11], где положение и влияние градиента температуры на физические параметры жидкостей подтверждены экспериментально, посвящено изучению влияния теплового или термодинамического эффекта. Расположение кавитационных микропустот вблизи стенок лопаток насоса сопровождается увеличением перепада температур жидкости, а нагрев жидкости увеличивается с усилением кавитационного эффекта.

Эта искусственно созданная кавитация в теплогенераторе [12], показанная на рис. 1, позволяла распределять энергию от воды к пару до тех пор, пока не будет выработано достаточное внутреннее тепло. Эта комбинация применялась для создания эффекта кавитации с сужающимся и расширяющимся соплом. Экспериментально подобраны размеры горловой вставки питательной трубы, углы экспонирования диффузора и конфузора, конфигурации и параметрические свойства вихревых лопаток.

Рисунок 1. Разрез кавитационного генератора тепла.

конфузор, 2 переходная точка с закрученными лопатками, 3-диффузор

Тепло, переданное жидкости при «схлопывании» полостей, нагревало стенки теплогенератора и воду в аккумулирующих баках. Однако созданная экспериментальная установка позволила получить некоторые данные о преобразовании энергии «коллапсной» фазы в тепловую.

На рис. 2 показана общая структура тестовой установки. Вода подавалась под давлением насосом 1 через контрольный вход 2. Массовый расход воды регистрировался водомером 3, а перепад давления – манометром 4. Вода, нагретая в кавитационном теплогенераторе 5, поступает по трубопроводу 6 в резервуар 7.

Рисунок 2. Цепь экспериментальной установки.

1-насос, 2-задвижка, 3-счётчик воды, 4-манометры, 5- кавитационный генератор тепла, 6-трубопровод, 7-резервуар

Для сравнения экспериментальных данных по термодинамическому эффекту кавитации были выбраны результаты из [13], поскольку геометрия канала, такая как конструкция трубы Вентуры, и диапазон высокоскоростных режимов в данном сечении были сопоставимы.

Весьма вероятно, что при организации процесса распределяется несколько основных видов внутренней энергии воды: внутренняя теплота парообразования при «схлопывании» паровой полости, энергия разрыва внутримолекулярных связей, энергия диссипации турбулентные вращающиеся вихри и эффект сжатия