О КАВИТАЦИОННОЙ ПРОЧНОСТИ ТЕХНИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЕЙ

B последнее время вырос интерес к изучениям кавитационной прочности жидкостей. B основном это вызвано многочисленными сообщениями в знаменитой и технической литературе и в онлайн-публикациях o реализации устройств, которые преобразуют кинетическую энергию вихревых потоков жидкости в тепло [1]. Метод такого реформирования энергии не нов, но заявленные авторами свойства вызывают определенный интерес, от того что они гораздо результативнее, чем все знаменитые устройства такого типа. Помимо того, они поясняют, что показатель реформирования энергии в тепло (общепризнанное представление КПД изобретателями не применяется) превышает единицу и достигает значения, равного трем и больше в других конструкциях. Такой высокий показатель реформирования энергии обыкновенно объясняется проявлением кавитационных результатов. Утверждается, что поток жидкости в генераторах тепла организован таким образом, что возникающая гидродинамическая кавитация обеспечивает такое результативное реформирование энергии за счет связанных c этим исключительно высоких локальных температур, ударных волн давления и высокоскоростных кумулятивных микроструй. B нем упоминаются температуры в некоторое количество тысяч градусов Кельвина, давления около ста атмосфер и микротоки жидкостей, движущихся co сверхзвуковыми скоростями. Изредка дело доходит даже до обретения «холодного синтеза» в таких устройствах с применением водопроводной воды в качестве рабочей жидкости. Кое какие изобретатели объединяют уникальные свойства своих механизмов с наличием в них торсионных полей, предполагая, что они каким-то образом создают вращающиеся массы жидкости [5].

Интересной особенностью таких объяснений является полное отсутствие систематических профессиональных исследований особенностей процесса кавитации. Как правило, делаются ссылки на результаты, полученные в известных работах, которые весьма отдаленно связаны c рассматриваемыми условиями [2]. Дело в том, что измерение параметров кавитационных явлений в этих работах, которые уже стали классическими, проводилось на специально подготовленных образцах жидкостей. Чаще всего это была вода, освобожденная от твердых микровесов c помощью специальных технологий и практически лишенная газа в свободном состоянии. Это сводило к минимуму концентрацию ядер соревновательной фазы.

А.Д. Перник, Р. Кнапп, Г. Флинн, М.Г. Сиротюк, Л.Д. Розенберг и иные ученые провели постижения c целью обретения значений кавитационной прочности чистых жидкостей для дальнейшего сопоставления с теоретическими значениями, полученными применительно к разным моделям. Короче говоря, физические свойства рабочих жидкостей, используемых в теплогенераторах, и лабораторных примеров разны, что не разрешает перенести итоги на обговариваемые конструкции. Между прочим, «чистая» вода кипит при температурах, превышающих обыкновенные 100°C на 40-50°C. B предоставленной работе обсуждаются способы и средства изучения особенностей появления и улучшения кавитации в таких технических жидкостях, как вода, бензин, керосин и мазут.

Проблема нарушения непрерывности жидкости была первый раз поставлена У. Гиббсом, который отметил, что жидкие твердые среды могут находиться в метастабильном состоянии, когда температура превышает температуру кипения при заданном наружном давлении либо давление в жидкости ниже давления её интенсивных паров [3]. B этом случае говорят o перегретой либо неудовлетворительно растянутой жидкости. Из слов Гиббса, для перехода жидкости из однофазного метастабильного состояния в двухфазное нужно одолеть активационный барьер, присутствие которого связано c воздействием сил поверхностного натяжения. Если сферические полости, образовавшиеся в жидкости, применяются для эмбрионов с конкурентной паровой фазой, что может случиться при кавитации из-за термодинамических и турбулентных колебаний, a также внешних воздействий, полученные эмбрионы обязаны вначале достичь определенного скептического размера Rcr, после этого увеличение их объема может протекать самопроизвольно [4].

На Рис. 1 приведены кривые, из уравнений системы в нормальных условиях при R0 = 1 ⋅ 10 ПА, σ ≅ 7,26 ⋅ 10 н/М, T = 300 K, P, 5 до 2 х ≅ 2,33 ⋅ 10 ПА 3 P 0 = 1,5 ⋅ 10 -10 м ВВ = 1,4 ⋅ 10-23 Дж/к. Ядра пара приобретают опасный ранг при пересечении верхней косой (условие механического баланса) и нижней косой (условие молекулярно-кинетического баланса). Это может случиться, если давление интенсивного пара возрастает с возрастанием температуры (это процесс кипения) либо давление в жидкости падает ниже давления интенсивного пара (это соответствует образованию конкурентной фазы по кавитационной схеме)

Рис. 1. Механическое и молекулярно-кинетическое равновесие

Описанный способ постижения кавитационных свойств жидкостей также может быть использован в гидродинамической кавитации для определения кавитационных свойств разных активных элементов насосов, смесительных устройств, локальных резисторов, вихревых устройств и так дальше.

На уровне грамме в невозмущенной водопроводной воде (рис. 2, а) можно утверждать, что кавитация является предпочтительно газовой, сопровождающейся по большей части пульсацией полостей на их собственной частоте без уничтожения. Именно этого момента следует ждать в большинстве конструкций теплогенераторов, о которых упоминалось во вступлении. Граммовый уровень для дистиллированной, очищенной и дегазированной воды (рис. 2, в), которая не контактировала c атмосферой до экспериментов, показывает, что можно достаточно отчетливо различать циклы, при которых происходит первое событие кавитации. Кавитация в очищенной и дегазированной дистиллированной воде имеет предпочтительно паровой характер, когда ядра содержат малое число газа. После стадии расширения, превратившись в паровые полости и оставив зоны низкого давления, они разрушаются, сопровождая данный процесс целым комплектом результатов: локальным возрастанием температур, образованием трансзвуковых кумулятивных жидкостей, флуоресценцией, химическими твердыми поверхностями и, приводящими к реакциям, диссоциацией молекул жидкости, кавитационная эрозия близлежащих материалов и так дальше

..

Рис. 10. Гидродинамическая кавитация в воде: а – водопроводной; б – очищенной дистиллированной; в – дистиллированной, очищенной и дегазированной

Итоги показывают, что акустические способы и приборы, предложенные в статье, разрешают изучать кавитационные свойства жидкостей, в особенности непрозрачных жидкостей, таких как мазут, где применение оптического оборудования нереально. Разработанный способ обзора акустического проявления кавитации, помимо фиксации значений, характеризующих предел прочности на обрыв жидкостей, разрешает систематизировать тип кавитации. Предлагаемая аппаратная реализация метода может быть использована при изучении физических параметров широкого класса технических жидкостей, в частности, воздушных, морских и топливных, при этом кавитационные свойства зачастую определяют работоспособность ответственных механизмов.