МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ СРЕД С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭФФЕКТА КАВИТАЦИИ

Кавитация в переводе с латинского (cavitas) обозначает пустоту. Это явление - образование кавитационных пузырьков в потоке жидкости, вызванное понижением местного давления. Пузырьки схлопываются в процессе движения, это происходит в зонах более высокого давления, благодаря этому действию осуществляется высвобождение огромного количества энергии, которое сопровождается шумом и гидравлическими ударами, что приводит к появлению ударных волн, которые могут вызвать значительные разрушения и повреждения [4]. Кавитация полностью одинакова, как для среды, в которой движется тело, так и для потока, который обтекает статичное тело. При этом только абсолютное давление и относительная скорость важны. Соотношение между давлением и скоростью, при которых происходит кавитация, дается безразмерным критерием X  - кавитационный коэффициент (числом кавитации) и определяется:         

 

                                                                                                 (1) 

 

где

P — гидростатическое давление набегающего потока, Па;

Ps — давление насыщенных паров жидкости при определенной температуре окружающей среды, Па;

ρ - плотность среды, кг/м³;

V² — скорость потока на входе в систему, м/с [1].

Чаще всего кавитацию рассматривают с отрицательной точки зрения. Она вызывает деформацию гребных винтов, поломки в насосах, является источником шума и вибраций и в целом снижает эффективность работы механизмов [8].

Но с каждым днём появляется огромное количество новых технологий и приборов, которые помогают лучше жить обществу и значительно упрощают деятельность людей. Регулярно помимо внедряются устройства, благодаря которым можно получить многокомпонентные среды. К ним относятся эмульсии, суспензии, водные растворы и системы. Получить их можно за счет явления кавитации. Данные среды дают возможность достигать серьезных положительных показателей в тепловой энергетике, строительной индустрии, сельском хозяйстве и иных отраслях производства, науки и техники. Так как указанные вещества действительно благоприятно влияют на все сферы общества и помогают им развиваться [7].

Кавитационная обработка многокомпонентных сред приводят к улучшению её физико-химических свойств, способствуют к ускорению протекания реакция внутри. Для усиления кавитационного воздействия на многокомпонентные среды такие как: эмульсии, суспензии и т.д., следует пользоваться гидродинамическими, электродинамическими, пьезоэлектрическими и магнитострикционные генераторами и генераторами-диспергаторами, суперкавитационными смесителями и кавитационными эмульгаторами [6]. Изобретения относится к устройствам для размельчения твердых частиц или жидкостей и может быть применено в разных сферах жизнедеятельности людей [5].        

Рисунок 1. Кавитационный генератор-диспергатор -устройство.

1-Корпус; 2-входной штуцер; 3,6-уплотнитель; 4-регулировочные иглы; 5-клапаны; 7-сквозной выходной канал; 8-гайка; 9-11-выступ; 10-крышка-фланец. А-начальное положение жидкости; В-зона регулируемой кавитации

 

Органическое топливо – это главный источник энергии для большинства теплотехнологических процессов. Одним из путей повышения качества сжигания топлива является использование его в виде эмульсий и суспензий с примесью воды. От качества и физических свойств смеси зависит эффективность сгорания жидкого топлива. Для улучшения теплофизических и гидродинамических процессов при сжигании топлива, целесообразно использование двухфазных топливно-водяных эмульсий и суспензий, которые улучшают работу приборов. Получить их можно благодаря кавитационным эмульгаторам [3].

 

 

 

 

Рисунок 2. Кавитационный эмульгатор

 

 

Базовое уравнение, используемое при расчётах кавитационного эмульгатора, выглядит следующим образом:

             (2)

где

P_H, P_K, P_HП – Давления в сечениях;

X – число кавитации;

ᶘ, ᶘ_1, ᶘ₂ – гидравлические коэффициенты;

Ω – относительная площадь кавитатора [2].

В сельском хозяйстве при использование кавитационно-обработанной жидкости, заметно выше урожайность и ниже заболеваемость растений.  Это вызвано повышением кислорода в воде, и возможностью протекания окислительно-восстановительных реакций из-за обработки кавитацией. Кавитационные пузырьки при схлопывании приводят к улучшению и ускорению расщепления примесей в жидкости, деструкции молекул, приводящих к её полимеризации, а также изменения ее структуры и появления свободных водородных связей [3].

В строительстве при помощи кавитационного диспергирования, происходит увеличение удельной поверхности цемента при взаимодействии с водой. Благодаря этому его свойства улучшаются, а также повышается степень гидратации поверхностная энергия частиц. С помощью кавитации в суперкавитационных смесителях, многокомпонентную структуры преобразовывают в мелкокристаллическую – цементного камня. В итоге, получается уникальный строительный материал, прочность которого во много раз больше, чем при приготовлении обычным способом [3].

Рисунок 3. Структура цементного камня, полученного обычным способом и при обработке кавитацией

 

В перспективе возможно использование кавитационной обработки для производства бумаги. Потому что главным для этого является процессы размола и дефлокуляции многокомпонентной массы. Так как именно это и будет определять свойства бумаги. При таком производстве можно использовать минеральные наполнители – тальк и каолин, которые необходимо измельчать и смешивать с целлюлозно-бумажной массой. Такую обработку реально выполнить в суперкавитационных аппаратах [3].

Таким образом, правильно подобрав методы и устройства, человечество научилось обрабатывать многокомпонентные среды с использованием явления кавитации, получая при этом максимум пользы для общества. Такой способ даёт возможность, эффективно соединять, измельчать, преобразовывать суспензии и эмульсии в различных сферах жизнедеятельности людей.