Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Для использования в других целях, см Кавитация (значения) .
Модель кавитирующего винта в эксперименте в водном туннеле .
Кавитационное повреждение тарелки клапана аксиально-поршневого гидравлического насоса .
На этом видео показана кавитация в шестеренчатом насосе .
Кавитационное повреждение гребного винта гидроцикла.
Бронзовый гребной винт речной баржи с антикавитационной пластиной над стойкой.

Кавитация - это явление, при котором снижение давления до или ниже давления пара жидкости приводит к образованию в жидкости небольших полостей, заполненных паром. Под воздействием более высокого давления эти полости, называемые «пузырьками» или «пустотами», схлопываются и могут генерировать ударные волны, которые могут повредить оборудование. Эти ударные волны сильны, когда они находятся очень близко к взорвавшемуся пузырю, но быстро ослабевают по мере удаления от имплозии.

Кавитация - важная причина износа в некоторых инженерных контекстах. Коллапсирующие пустоты, которые взрываются рядом с металлической поверхностью, вызывают циклическое напряжение из- за повторяющегося взрыва. Это приводит к поверхностной усталости металла, вызывая тип износа, также называемый «кавитацией». Наиболее распространенными примерами такого износа являются рабочие колеса насоса и изгибы, когда происходит резкое изменение направления жидкости. Кавитация обычно делится на два класса поведения: инерционная (или переходная) кавитация и неинерционная кавитация.

Процесс, при котором пустота или пузырь в жидкости быстро схлопывается, образуя ударную волну , называется инерционной кавитацией. Инерционные кавитации происходят в природе в ударах богомолов и пистолетные креветок , а также в сосудистых тканях растений. В искусственных объектах это может происходить в регулирующих клапанах , насосах , гребных винтах и рабочих колесах .

Неинерционная кавитация - это процесс, при котором пузырь в жидкости вынужден колебаться по размеру или форме из-за некоторой формы подводимой энергии, такой как акустическое поле . Такая кавитация часто используется в ваннах для ультразвуковой очистки, а также может наблюдаться в насосах, гребных винтах и ​​т. Д.

Поскольку ударные волны, образующиеся при схлопывании пустот, достаточно сильны, чтобы вызвать значительное повреждение деталей, кавитация обычно является нежелательным явлением в оборудовании (хотя желательно, если преднамеренно используется, например, для стерилизации загрязненных хирургических инструментов, разложения загрязняющих веществ при очистке воды. системы, эмульгировать ткань для хирургии катаракты или литотрипсии почечных камней или гомогенизировать жидкости). Его очень часто специально избегают при проектировании таких машин, как турбины или гребные винты, а устранение кавитации является важной областью исследования динамики жидкости . Однако иногда это полезно и не вызывает повреждений, когда пузыри схлопываются вдали от оборудования, например, в суперкавитации..

Физика [ править ]

Инерционная кавитация была впервые обнаружена в конце 19 века, когда рассматривался коллапс сферической пустоты внутри жидкости. Когда объем жидкости подвергается достаточно низкому давлению , он может разорваться и образовать полость. Это явление называется возникновением кавитации и может происходить за лопастью быстро вращающегося гребного винта или на любой поверхности, вибрирующей в жидкости с достаточной амплитудой и ускорением. Быстрая река может вызвать кавитацию на поверхности скал, особенно при обрыве, например, на водопаде.

Другие способы создания кавитационных пустот включают локальное выделение энергии, например интенсивный сфокусированный лазерный импульс (оптическая кавитация) или электрический разряд через искру. Паргазы испаряются в полость из окружающей среды; Таким образом, полость представляет собой вовсе не вакуум, а скорее пузырь пара (газа) низкого давления. Когда условия, которые привели к образованию пузыря, больше не существуют, например, когда пузырек движется вниз по потоку, окружающая жидкость начинает схлопываться из-за своего более высокого давления, создавая инерцию при движении внутрь. Когда пузырек окончательно схлопывается, внутренняя инерция окружающей жидкости вызывает резкое повышение давления и температуры пара внутри. Пузырь в конечном итоге схлопывается до мельчайшей доли своего первоначального размера, и в этот момент газ внутри него рассеивается в окружающей жидкости с помощью довольно мощного механизма, который высвобождает значительное количество энергии в виде акустической ударной волны и в виде видимого света.. В момент полного схлопывания температура пара внутри пузыря может составлять несколько тысяч кельвинов , а давление - несколько сотен атмосфер. [1]

Инерционная кавитация также может возникать в присутствии акустического поля. Микроскопические пузырьки газа, которые обычно присутствуют в жидкости, будут вынуждены колебаться из-за приложенного акустического поля. Если интенсивность звука достаточно высока, пузырьки сначала увеличиваются в размерах, а затем быстро схлопываются. Следовательно, инерционная кавитация может возникать, даже если разрежение в жидкости недостаточно для образования рэлеевской пустоты. Ультразвук большой мощности обычно использует инерционную кавитацию микроскопических пузырьков вакуума для обработки поверхностей, жидкостей и суспензий.

Физический процесс возникновения кавитации аналогичен кипению . Основное различие между ними - термодинамические пути, предшествующие образованию пара. Кипение происходит, когда локальная температура жидкости достигает температуры насыщения , и дополнительное тепло подводится, чтобы позволить жидкости в достаточной степени фазовый переход в газ. Начало кавитации происходит, когда местное давление падает значительно ниже давления насыщенного пара, значения, определяемого пределом прочности жидкости на разрыв при определенной температуре. [2]

Для возникновения кавитации кавитационным «пузырькам» обычно нужна поверхность, на которой они могут зарождаться . Эта поверхность может быть образована стенками контейнера, примесями в жидкости или небольшими нерастворенными микропузырьками внутри жидкости. Принято считать, что гидрофобные поверхности стабилизируют маленькие пузырьки. Эти уже существующие пузыри начинают неограниченно расти, когда они подвергаются давлению ниже порогового давления, называемого порогом Блейка.

Давление пара здесь отличается от метеорологического определения давления пара, которое описывает парциальное давление воды в атмосфере при некотором значении менее 100% насыщения. Давление пара, связанное с кавитацией, относится к давлению пара в условиях равновесия и поэтому может быть более точно определено как давление равновесного (или насыщенного) пара .

Неинерционная кавитация - это процесс, при котором маленькие пузырьки в жидкости вынуждены колебаться в присутствии акустического поля, когда интенсивность акустического поля недостаточна для полного схлопывания пузырьков. Эта форма кавитации вызывает значительно меньшую эрозию, чем инерционная кавитация, и часто используется для очистки хрупких материалов, таких как кремниевые пластины .

Гидродинамическая кавитация [ править ]

Гидродинамическая кавитация описывает процесс испарения, образования пузырьков и схлопывания пузырьков, который происходит в текущей жидкости в результате снижения и последующего увеличения местного давления. Кавитация произойдет только в том случае, если местное давление упадет до некоторой точки ниже давления насыщенного пара жидкости и последующего восстановления выше давления пара. Если давление восстановления не выше давления пара, говорят, что произошло мгновенное испарение. В трубных системах кавитация обычно возникает либо в результате увеличения кинетической энергии (через сужение площади), либо в результате увеличения высоты трубы.

Гидродинамическая кавитация может быть вызвана пропусканием жидкости через суженный канал с определенной скоростью потока или механическим вращением объекта через жидкость. В случае суженного канала и в зависимости от конкретной (или уникальной) геометрии системы комбинация давления и кинетической энергии может создать гидродинамическую кавитационную каверну ниже по потоку от локального сужения, генерирующую высокоэнергетические кавитационные пузыри.

Согласно термодинамической диаграмме фазового перехода, повышение температуры может инициировать известный механизм фазового перехода, известный как кипение. Однако снижение статического давления также может помочь пройти многофазную диаграмму и инициировать другой механизм фазового перехода, известный как кавитация. С другой стороны, локальное увеличение скорости потока может привести к падению статического давления до критической точки, в которой может начаться кавитация (на основе принципа Бернулли). Критическая точка давления - давление насыщенного пара. В замкнутой гидравлической системе, где утечки потока не обнаружено, уменьшение площади поперечного сечения приведет к увеличению скорости и, следовательно, падению статического давления. Это принцип работы многих реакторов на основе гидродинамической кавитации для различных применений, таких как очистка воды, сбор энергии,улучшение теплопередачи, пищевая промышленность и т. д.[3]

По мере развития кавитационного потока обнаруживаются различные режимы течения, а именно: начальный, развитый поток, суперкавитация и закупоренный поток. Начало - это первый момент, когда в системе появляется вторая фаза (газовая фаза). Это самый слабый кавитирующий поток, захваченный в системе, соответствующей наибольшему числу кавитации.. Когда полости разрастаются и становятся больше в конструкциях с отверстиями или трубками Вентури, регистрируется развивающийся поток. Наиболее интенсивный кавитирующий поток известен как суперкавитация, когда теоретически вся площадь сопла отверстия заполнена пузырьками газа. Этот режим потока соответствует самому низкому числу кавитации в системе. После суперкавитации система не может пропускать больший поток. Следовательно, скорость не изменяется при увеличении давления на входе. Это привело бы к увеличению числа кавитации, что свидетельствует о возникновении закупоренного потока. [4]

Процесс образования пузырьков и последующий рост и схлопывание кавитационных пузырьков приводит к очень высоким плотностям энергии и очень высоким локальным температурам и локальным давлениям на поверхности пузырьков в течение очень короткого времени. Таким образом, общая жидкая среда среды остается в условиях окружающей среды. В неконтролируемом состоянии кавитация разрушительна; тем не менее, управляя потоком кавитации, мощность может быть задействована неразрушающим образом. Контролируемая кавитация может использоваться для усиления химических реакций или распространения некоторых неожиданных реакций, поскольку в процессе образуются свободные радикалы из-за диссоциации паров, захваченных кавитационными пузырьками. [5]

Сообщается, что отверстия и Вентури широко используются для создания кавитации. Вентури имеет неотъемлемое преимущество перед отверстием из-за его гладких сужающихся и расходящихся секций, так что она может создавать более высокую скорость потока в горловине при заданном перепаде давления на нем. С другой стороны, отверстие имеет то преимущество, что оно может вместить большее количество отверстий (больший периметр отверстий) в заданной площади поперечного сечения трубы. [6]

Явлением кавитации можно управлять для улучшения характеристик высокоскоростных морских судов и снарядов, а также в технологиях обработки материалов, в медицине и т. Д. Управление кавитационными потоками в жидкостях может быть достигнуто только путем развития математического обоснования кавитации. процессы. Эти процессы проявляются по-разному, наиболее распространенными и перспективными для управления являются пузырьковая кавитация и суперкавитация. Первое точное классическое решение, вероятно, следует отнести к известному решению Германа фон Гельмгольца в 1868 году. [7] Самые ранние выдающиеся исследования академического типа по теории кавитирующего потока со свободными границами и суперкавитации были опубликованы в книге Jets , следы и полости [8] Затем следует Теория струй идеальной жидкости . [9] В этих книгах широко использовалась развитая теория конформных отображений функций комплексного переменного, позволяющая получить большое количество точных решений плоских задач. Еще одна площадка, сочетающая существующие точные решения с приближенными и эвристическими моделями, была исследована в работе « Гидродинамика течений со свободными границами» [10], в которой усовершенствованы прикладные методы расчета, основанные на принципе независимости от расширения полости, теории пульсаций и устойчивости вытянутых осесимметричных полостей. и др. [11], а также в методах размерности и подобия в задачах гидромеханики судов . [12]

Естественное продолжение этих исследований было недавно представлено в «Гидродинамике кавитирующих потоков» [13] - энциклопедическом труде, охватывающем все лучшие достижения в этой области за последние три десятилетия и сочетающем классические методы математических исследований с современными возможностями компьютера. технологии. К ним относятся разработка нелинейных численных методов решения задач трехмерной кавитации, уточнение известных плоских линейных теорий, развитие асимптотических теорий осесимметричных и почти осесимметричных течений и др. По сравнению с классическими подходами новое направление характеризуется расширением теории в трехмерные потоки. Это также отражает определенную корреляцию с текущими работами прикладного характера по гидродинамике суперкавитирующих тел.

Гидродинамическая кавитация также может улучшить некоторые производственные процессы. Например, суспензия кукурузы с кавитацией дает более высокий выход при производстве этанола по сравнению с суспензией кукурузы без кавитации в установках для сухого помола. [14]

Это также используется при минерализации биоупругих соединений, которые в противном случае потребовали бы чрезвычайно высоких температур и условий давления, поскольку в процессе образуются свободные радикалы из-за диссоциации паров, захваченных в кавитационных пузырьках, что приводит либо к усилению химическая реакция или может даже привести к развитию определенных реакций, невозможных в других условиях окружающей среды. [15]

Приложения [ править ]

Химическая инженерия [ править ]

В промышленности кавитация часто используется для гомогенизации или смешивания и разрушения взвешенных частиц в коллоидном жидком соединении, таком как смеси красок или молоко. Многие промышленные смесители основаны на этом принципе конструкции. Обычно это достигается за счет конструкции рабочего колеса или путем нагнетания смеси через кольцевое отверстие, имеющее узкое входное отверстие с гораздо большим выходным отверстием. В последнем случае резкое снижение давления по мере того, как жидкость ускоряется в большем объеме, вызывает кавитацию. Этот метод можно контролировать с помощью гидравлическогоустройства, которые контролируют размер входного отверстия, позволяя динамически регулировать во время процесса или модифицировать для различных веществ. Поверхность смесительного клапана этого типа, о поверхность которой сталкиваются кавитационные пузырьки, вызывая их схлопывание, испытывает огромные механические и тепловые локальные нагрузки; поэтому они часто изготавливаются из сверхтвердых или твердых материалов, таких как нержавеющая сталь , стеллит или даже поликристаллический алмаз (PCD).

Также были разработаны устройства для очистки воды с кавитацией , в которых экстремальные условия кавитации могут разрушать загрязняющие вещества и органические молекулы. Спектральный анализ света, излучаемого в сонохимических реакциях, выявляет химические и плазменные механизмы передачи энергии. Свет, излучаемый кавитационными пузырьками, называется сонолюминесценцией .

Использование этой технологии было успешно опробовано при щелочной очистке растительных масел. [16]

Гидрофобные химические вещества притягиваются под водой кавитацией, поскольку разница давлений между пузырьками и жидкой водой заставляет их соединяться. Этот эффект может способствовать сворачиванию белка . [17]

Биомедицинские [ править ]

Кавитация играет важную роль в разрушении камней в почках при ударно-волновой литотрипсии . [18] В настоящее время проводятся испытания на предмет того, можно ли использовать кавитацию для переноса больших молекул в биологические клетки ( сонопорация ). Азотная кавитация - это метод, используемый в исследованиях для лизиса клеточных мембран, при этом органеллы остаются нетронутыми.

Кавитация играет ключевую роль в нетепловом, неинвазивном фракционировании ткани для лечения различных заболеваний [19] и может использоваться для открытия гематоэнцефалического барьера для увеличения поглощения неврологических препаратов в головном мозге. [20]

Кавитация также играет важную роль в HIFU , методике термического неинвазивного лечения рака . [21]

В ранах, вызванных высокоскоростными ударами (например, пулевые ранения), также есть эффекты из-за кавитации. Точные механизмы ранения еще полностью не изучены, поскольку существует временная кавитация и постоянная кавитация вместе с раздавливанием, разрывом и растяжением. Кроме того, большая разница в плотности внутри тела затрудняет определение его эффектов. [22]

Иногда ультразвук используется для увеличения костеобразования, например, в послеоперационном периоде. [23]

Было высказано предположение, что звук «треска» суставов возникает из-за разрушения кавитации в синовиальной жидкости в суставе. [24]

Очистка [ править ]

При промышленной очистке кавитация обладает достаточной мощностью, чтобы преодолеть силы адгезии частиц к субстрату, разрыхляя загрязнения. Пороговое давление, необходимое для начала кавитации, сильно зависит от ширины импульса и потребляемой мощности. Этот метод работает путем создания акустической кавитации в очищающей жидкости, улавливания и уноса загрязняющих частиц в надежде, что они не прилипнут к очищаемому материалу (что возможно, когда объект погружен, например, в ванну для ультразвуковой очистки. ). Те же физические силы, которые удаляют загрязнения, также могут повредить очищаемую цель.

Еда и напитки [ править ]

Яйца [ править ]

Кавитация применялась для пастеризации яиц. Ротор с заполненными отверстиями создает кавитационные пузырьки, нагревая жидкость изнутри. Поверхности оборудования остаются более холодными, чем проходящая жидкость, поэтому яйца не затвердевают, как на горячих поверхностях старого оборудования. Интенсивность кавитации можно регулировать, что позволяет настроить процесс для минимального повреждения белка. [25]

Кавитационные повреждения[ редактировать ]

Кавитационное повреждение турбины Фрэнсиса .

Кавитация во многих случаях является нежелательным явлением. В таких устройствах, как гребные винты и насосы , кавитация вызывает сильный шум, повреждение компонентов, вибрацию и снижение эффективности. Кавитация также стала проблемой в секторе возобновляемых источников энергии, поскольку она может возникать на поверхности лопастей турбин с приливными потоками . [26]

Когда кавитационные пузырьки схлопываются, они выталкивают энергичную жидкость в очень малые объемы, тем самым создавая точки с высокой температурой и испуская ударные волны, последние из которых являются источником шума. Шум, создаваемый кавитацией, представляет собой особую проблему для военных подводных лодок , поскольку увеличивает шансы быть обнаруженным пассивным гидролокатором .

Хотя схлопывание небольшой полости - событие с относительно низкой энергией, сильно локализованные коллапсы могут со временем разрушать металлы, такие как сталь. [27] Точечная коррозия, вызванная схлопыванием полостей, приводит к сильному износу компонентов и может значительно сократить срок службы гребного винта или насоса.

После того, как поверхность первоначально подверглась кавитации, она имеет тенденцию к ускоренному разрушению. Кавитационные ямы увеличивают турбулентность потока жидкости и создают щели, которые действуют как места зарождения дополнительных кавитационных пузырьков. Ямки также увеличивают площадь поверхности компонентов и оставляют после себя остаточные напряжения. Это делает поверхность более подверженной коррозии под напряжением . [28]

Насосы и гребные винты [ править ]

Основные места, где возникает кавитация, - это насосы, гребные винты или ограничения в текущей жидкости.

Когда лопасти рабочего колеса (в насосе) или гребного винта (как в случае корабля или подводной лодки) движутся через жидкость, образуются области низкого давления, когда жидкость ускоряется вокруг и движется мимо лопастей. Чем быстрее движется лезвие, тем меньше давление вокруг него. Когда он достигает давления пара , жидкость испаряется и образует маленькие пузырьки газа. Это кавитация. Когда пузырьки схлопываются позже, они обычно вызывают очень сильные локальные ударные волны в жидкости, которые могут быть слышны и могут даже повредить лопасти.

Кавитация в насосах может происходить в двух разных формах:

Всасывающая кавитация [ править ]

Всасывающая кавитация возникает, когда всасывание насоса находится в условиях низкого давления / высокого вакуума, когда жидкость превращается в пар у проушины рабочего колеса насоса. Этот пар переносится на нагнетательную сторону насоса, где он больше не видит вакуума и сжимается обратно в жидкость под давлением нагнетания. Это взрывное действие происходит с большой силой и поражает поверхность рабочего колеса. Рабочее колесо, которое работало в условиях всасывающей кавитации, может иметь большие куски материала, удаленные с его поверхности, или очень маленькие кусочки материала, из-за чего рабочее колесо выглядит губчатым. Оба случая приведут к преждевременному выходу насоса из строя, часто из-за выхода из строя подшипника. Всасывающая кавитация часто определяется по звуку гравия или мрамора в корпусе насоса.

Общие причины кавитации на всасывании могут включать засорение фильтров, засорение трубопровода на стороне всасывания, плохую конструкцию трубопроводов, работу насоса слишком далеко вправо по кривой насоса или условия, не соответствующие требованиям NPSH (чистый положительный напор на всасывании). [29]

В автомобилестроении засоренный фильтр в гидравлической системе (гидроусилитель руля, гидроусилитель тормозов) может вызвать кавитацию всасывания, создающую шум, который повышается и понижается синхронно с частотой вращения двигателя. Довольно часто это пронзительный вой, как будто нейлоновые шестерни не совсем правильно зацепляются.

Кавитация в разряде [ править ]

Кавитация на нагнетании возникает, когда давление нагнетания насоса чрезвычайно велико, обычно это происходит в насосе, который работает на уровне менее 10% от точки наилучшего КПД. Высокое давление нагнетания заставляет большую часть жидкости циркулировать внутри насоса вместо того, чтобы вытекать из нагнетания. Когда жидкость обтекает крыльчатку, она должна проходить через небольшой зазор между крыльчаткой и корпусом насоса с чрезвычайно высокой скоростью потока. Эта скорость потока вызывает образование вакуума на стенке корпуса (аналогично тому, что происходит в трубке Вентури.), который превращает жидкость в пар. Насос, работавший в этих условиях, показывает преждевременный износ наконечников лопастей рабочего колеса и корпуса насоса. Кроме того, из-за условий высокого давления можно ожидать преждевременного выхода из строя механического уплотнения и подшипников насоса. В экстремальных условиях это может привести к поломке вала крыльчатки.

Полагают, что разрядная кавитация в суставной жидкости вызывает хлопающий звук, производимый растрескиванием костного сустава , например, преднамеренным хрустом суставов суставов.

Решения для кавитации [ править ]

Поскольку всем насосам требуется хорошо развитый входной поток для реализации своего потенциала, насос может не работать или быть таким надежным, как ожидалось, из-за неправильной компоновки всасывающего трубопровода, например, изгиба на входном фланце. Когда слаборазвитый поток попадает в рабочее колесо насоса, он ударяется о лопатки и не может следовать за проходом рабочего колеса. Затем жидкость отделяется от лопастей, вызывая механические проблемы из-за кавитации, вибрации и проблемы производительности из-за турбулентности и плохого заполнения крыльчатки. Это приводит к преждевременному выходу из строя уплотнения, подшипника и рабочего колеса, высоким затратам на техническое обслуживание, высокому энергопотреблению и меньшему напору и / или расходу.

Чтобы получить хорошо проработанную схему потока, в руководствах производителей насосов рекомендуется проложить (10 диаметров?) Прямой участок трубы перед входным фланцем насоса. К сожалению, проектировщики трубопроводов и персонал предприятия вынуждены мириться с ограничениями по пространству и расположению оборудования и обычно не могут выполнить эту рекомендацию. Вместо этого обычно используют колено, плотно соединенное со всасывающим патрубком насоса, что создает плохо развитую структуру потока на всасывании насоса. [30]

Если насос двойного всасывания привязан к колену с моноблочной муфтой, распределение потока по рабочему колесу является плохим, что приводит к снижению надежности и производительности. Локоть делит поток неравномерно, больше направляется к внешней стороне локтя. Следовательно, одна сторона крыльчатки двойного всасывания получает больший поток при более высокой скорости потока и давлении, в то время как сторона с ограниченным объемом принимает очень турбулентный и потенциально опасный поток. Это снижает общую производительность насоса (напор, расход и потребляемую мощность) и вызывает осевой дисбаланс, который сокращает срок службы уплотнения, подшипников и рабочего колеса. [31] Для преодоления кавитации: по возможности увеличьте давление всасывания. Если возможно, уменьшите температуру жидкости. Снова дросселируйте нагнетательный клапан, чтобы уменьшить расход. Выпустить газы из корпуса насоса.

Регулирующие клапаны [ править ]

В регулирующих клапанах может возникнуть кавитация . [32] Если фактическое падение давления на клапане, определяемое значениями давления на входе и выходе в системе, больше, чем позволяют расчет размеров, может произойти мгновенное падение давления или кавитация. Переход из жидкого состояния в парообразное происходит в результате увеличения скорости потока в точке наибольшего ограничения потока или сразу после него, которым обычно является отверстие клапана. Чтобы поддерживать постоянный поток жидкости через клапан, скорость потока должна быть наибольшей в сокращенной вене или в точке, где площадь поперечного сечения наименьшая. Это увеличение скорости потока сопровождается значительным снижением давления жидкости, которое частично восстанавливается ниже по потоку, когда площадь увеличивается, а скорость потока уменьшается. Это восстановление давления никогда не бывает полностью до уровня давления на входе.Если давление в сокращенной вене падает ниже давления паров жидкости, в потоке образуются пузырьки. Если после клапана давление восстанавливается до давления, которое снова превышает давление пара, пузырьки пара схлопываются и возникает кавитация.

Водосбросы [ править ]

Когда вода течет по водосбросу плотины , неровности на поверхности водосброса вызовут небольшие участки разделения потока в высокоскоростном потоке, и в этих областях давление будет снижено. Если скорости потока достаточно высоки, давление может упасть ниже местного давления пара воды, и образуются пузырьки пара. Когда они переносятся вниз по потоку в область высокого давления, пузырьки схлопываются, вызывая высокое давление и возможное кавитационное повреждение.

Экспериментальные исследования показывают, что повреждение бетонного желоба и водосбросов туннелей может начаться при скорости чистого потока воды от 12 до 15 м / с (27 и 34 миль в час), а до скорости потока 20 м / с (45 миль в час), возможно, можно защитить поверхность за счет обтекаемости границ, улучшения отделки поверхности или использования стойких материалов. [33]

Когда в воде присутствует немного воздуха, полученная смесь сжимается, и это гасит высокое давление, вызванное схлопыванием пузырька. [34] Если скорости потока около обратного водосброса достаточно высоки, необходимо установить аэраторы (или аэрационные устройства) для предотвращения кавитации. Хотя они были установлены в течение нескольких лет, механизмы вовлечения воздуха в аэраторы и медленное движение воздуха от поверхности водосброса все еще остаются сложными. [35] [36] [37] [38]

Конструкция устройства аэрации водосброса основана на небольшом отклонении дна водосброса (или боковой стенки), таком как пандус, и смещение для отклонения потока с высокой скоростью потока от поверхности водосброса. В полости, образованной под покрывалом, создается локальное пониженное давление под покрывалом, благодаря которому воздух всасывается в поток. Полная конструкция включает в себя отклоняющее устройство (аппарель, смещение) и систему подачи воздуха.

Двигатели [ править ]

Некоторые более крупные дизельные двигатели страдают от кавитации из-за высокой степени сжатия и недостаточного размера стенок цилиндров . Вибрации стенки цилиндра вызывают попеременное низкое и высокое давление охлаждающей жидкости на стенку цилиндра. В результате на стенке цилиндра возникает точечная коррозия, что в конечном итоге приводит к утечке охлаждающей жидкости в цилиндр и попаданию продуктов сгорания в охлаждающую жидкость.

Предотвратить это можно с помощью химических добавок в охлаждающую жидкость, которые образуют защитный слой на стенке цилиндра. Этот слой подвергнется той же кавитации, но восстановится. Кроме того, регулируемое избыточное давление в системе охлаждения (регулируемое и поддерживаемое давлением пружины крышки заливной горловины охлаждающей жидкости) предотвращает образование кавитации.

Примерно с 1980-х годов появились новые модели бензиновых двигателей меньшего размерав двигателях также наблюдались явления кавитации. Одним из ответов на потребность в меньших и легких двигателях был меньший объем охлаждающей жидкости и, соответственно, более высокая скорость потока охлаждающей жидкости. Это привело к быстрым изменениям скорости потока и, следовательно, к быстрым изменениям статического давления в областях с высокой теплопередачей. Когда образовавшиеся пузырьки пара схлопывались о поверхность, они сначала разрушали защитные оксидные слои (литых алюминиевых материалов), а затем неоднократно повреждали вновь образованную поверхность, предотвращая действие некоторых типов ингибиторов коррозии (например, ингибиторов на силикатной основе). . Последней проблемой было влияние повышения температуры материала на относительную электрохимическую реакционную способность основного металла и его легирующих компонентов.В результате образовались глубокие ямы, которые могли образоваться и проникнуть в головку двигателя в течение нескольких часов, когда двигатель работал с высокой нагрузкой и высокой скоростью. Этих эффектов можно было бы в значительной степени избежать, используя органические ингибиторы коррозии или (предпочтительно) сконструировав головку двигателя таким образом, чтобы избежать определенных условий, вызывающих кавитацию.

В природе [ править ]

Геология [ править ]

Некоторые гипотезы [ кем? ] [ необходимый пример ], относящийся к образованию алмазов, предполагают возможную роль кавитации, а именно кавитации в кимберлитовых трубках, обеспечивающих экстремальное давление, необходимое для превращения чистого углерода в редкий аллотроп, которым является алмаз. Три самых громких звука, когда-либо записанных во время извержения 1883 года Кракатау , теперь [ когда? ]понимаемый как взрывы трех огромных кавитационных пузырей, каждый из которых больше предыдущего, образовавшихся в горле вулкана. Поднимающаяся магма, наполненная растворенными газами и находящаяся под огромным давлением, натолкнулась на другую магму, которая легко сжималась, позволяя пузырям расти и объединяться. [39] [40]

Внутри кварца и других минералов Богемского массива существуют макроскопические белые ламели, напоминающие волновые фронты, образовавшиеся в результате удара метеорита согласно гипотезе Райлиха . [41] [42] [43] Гипотетические волновые фронты состоят из множества микрополостей. Их происхождение видно в физическом явлении ультразвуковой кавитации.

Сосудистые растения [ править ]

Кавитация происходит в ксилеме из сосудистых растений , когда натяжение воды в ксилеме превышает атмосферное давление . Сок испаряет локально , так что либо элементы сосуда или трахеиды заполнены парами воды. Растения могут восстанавливать кавитированную ксилему несколькими способами. Для растений менее 50 см давления корней может быть достаточно для повторного растворения пара. Более крупные растения направляют растворенные вещества в ксилему через лучевые клетки или в трахеиды посредством осмоса через окаймленные ямки.. Растворенные вещества притягивают воду, давление повышается, и пар может снова растворяться. На некоторых деревьях слышен звук кавитации, особенно летом, когда уровень эвапотранспирации самый высокий. Некоторым лиственным деревьям приходится сбрасывать листья осенью отчасти из-за того, что кавитация увеличивается при понижении температуры. [44]

Распространение спор в растениях [ править ]

Кавитация играет роль в механизмах распространения спор некоторых растений. У папоротников , например, спорангиум папоротника действует как катапульта, которая запускает споры в воздух. Фаза зарядки катапульты вызывается испарением воды из ячеек кольцевого пространства , что вызывает снижение давления. Когда отрицательное давление достигает примерно 9 МПа , возникает кавитация. Это быстрое событие вызывает распространение спор из-за упругой энергии, выделяемой структурой кольцевого пространства. Начальное ускорение спор чрезвычайно велико - до 10 5 раз больше ускорения свободного падения . [45] 

Морская жизнь [ править ]

Так же, как кавитационные пузырьки образуются на быстро вращающемся гребном винте лодки, они могут также образовываться на хвостах и ​​плавниках водных животных. В первую очередь это происходит у поверхности океана, где атмосферное давление воды низкое.

Кавитация может ограничивать максимальную скорость плавания мощных плавающих животных, таких как дельфины и тунцы . [46] Дельфинам, возможно, придется ограничить скорость, потому что схлопывающиеся кавитационные пузыри на их хвосте болезненны. У тунца костлявые плавники без нервных окончаний, и он не чувствует боли от кавитации. Они замедляются, когда кавитационные пузырьки создают вокруг их ребер паровую пленку. На тунце были обнаружены повреждения, соответствующие кавитационным повреждениям. [47]

Некоторые морские животные нашли способы использовать кавитацию в своих интересах при охоте на добычу. Пистолет креветка щелкает специализированную лапу для создания кавитации, которая может убить небольшую рыбу. Богомол креветки (в сногсшибательном сорте) использует кавитацию, а также для того , чтобы оглушить, разбить открытую или убить моллюск , что пирует на. [48]

Акулы-молотилки используют «хлопки хвостом», чтобы ослабить свою мелкую добычу, и наблюдались кавитационные пузыри, поднимающиеся из вершины дуги хвоста. [49] [50]

Прибрежная эрозия [ править ]

В последние полтора десятилетия, [ когда? ] береговая эрозия в виде инерционной кавитации была общепринятой. [51] Пузырьки набегающей волны проникают в трещины в разрушаемой скале. При изменении давления происходит декомпрессия некоторых паровых карманов, которые впоследствии взрываются. Результирующие пики давления могут разносить части породы.

История [ править ]

Еще в 1754 году швейцарский математик Леонард Эйлер (1707–1783) высказал предположение о возможности кавитации. [52] В 1859 году английский математик Уильям Генри Безант (1828–1917) опубликовал решение проблемы динамики схлопывания сферической полости в жидкости, которое было представлено англо-ирландским математиком Джорджем Стоуксом ( 1819–1903) в качестве одной из проблем сената Кембриджского университета и наездников на 1847 год. [53] [54] [55] В 1894 году ирландский специалист по гидродинамике Осборн Рейнольдс (1842–1912) изучал формирование и распад пузырьки пара в кипящих жидкостях и в суженных трубках. [56]

Термин кавитация впервые появился в 1895 году в статье Джона Исаака Торникрофта (1843–1928) и Сиднея Уокера Барнаби (1855–1925) - сына сэра Натаниэля Барнаби (1829–1915), который был главным конструктором Королевского флота. которому он был предложен британским инженером Робертом Эдмундом Фроудом (1846–1924), третьим сыном английского гидродинамика Уильяма Фруда (1810–1879). [57] [58] Ранние экспериментальные исследования кавитации были проведены в 1894-5 годах Торникрофтом и Барнаби и англо-ирландским инженером Чарльзом Алджерноном Парсонсом (1854-1931), которые сконструировали стробоскопический аппарат для изучения этого явления. [59] [60] [61] Торникрофт и Барнаби были первыми исследователями, которые наблюдали кавитацию на тыльной стороне лопастей пропеллера. [62]

В 1917 году британский физик лорд Рэлей (1842–1919) расширил работу Безанта, опубликовав математическую модель кавитации в несжимаемой жидкости (без учета поверхностного натяжения и вязкости), в которой он также определил давление в жидкости. [63] Математические модели кавитации, разработанные британским инженером Стэнли Смитом Куком (1875–1952) и лордом Рэлеем, показали, что схлопывающиеся пузырьки пара могут создавать очень высокое давление, способное вызвать повреждения, которые наблюдались на гребные винты кораблей. [64] [65] Экспериментальные доказательства кавитации, вызывающей такое высокое давление, были первоначально собраны в 1952 г. Марком Харрисоном (специалистом по гидродинамике и акустиком из модельного бассейна Дэвида Тейлора ВМС США в Кардероке, штат Мэриленд, США), который использовал акустические методы, а в 1956 г. - Вернфридом Гютом (физиком). и акустик из Геттигенского университета, Германия), который использовал оптическую шлирен-фотографию . [66] [67] [68]

Высокоскоростная струя воздействия жидкости на неподвижную поверхность.

В 1944 году советские ученые Марк Иосифович Корнфельд (1908–1993) и Л. Суворов из Ленинградского физико-технического института (ныне Физико-технический институт им. Иоффе РАН, Санкт-Петербург, Россия) предположили, что во время кавитации пузырьки вблизи твердой поверхности не схлопываются симметрично; вместо этого на пузыре в точке напротив твердой поверхности образуется ямка, которая превращается в струю жидкости. Эта струя жидкости повреждает твердую поверхность. [69] Эта гипотеза была подтверждена в 1951 году теоретическими исследованиями Мориса Рэттрея-младшего, докторанта Калифорнийского технологического института . [70] Гипотеза Корнфельда и Суворова была экспериментально подтверждена в 1961 году Чарльзом Ф. Ноде и Альбертом Т. Эллисом, специалистами по гидродинамике из Калифорнийского технологического института. [71]

Серия экспериментальных исследований распространения сильной ударной волны (УВ) в жидкости с пузырьками газа, позволившая установить основные закономерности процесса, механизм трансформации энергии УВ, затухание SW, формирование структуры и эксперименты по анализу затухания волн в пузырьковых экранах с различными акустическими свойствами были начаты пионерскими работами советского ученого проф. В.Ф. Минин в Институте гидродинамики (Новосибирск, Россия) в 1957–1960 гг., Который исследовал также первую удобную модель экрана - последовательность чередующихся плоских одномерных слоев жидкости и газа. [72]В ходе экспериментальных исследований динамики формы пульсирующих газовых полостей и взаимодействия УВ с пузырьковыми облаками в 1957–1960 гг. В.Ф. Минин обнаружил, что под действием УВ пузырь асимметрично схлопывается с образованием кумулятивной струи, которая формируется в процесс схлопывания и вызывает фрагментацию пузыря. [72]

См. Также [ править ]

  • Число кавитации
  • Моделирование кавитации
  • Эрозионная коррозия медных водяных труб
  • Уравнение Рэлея-Плессета
  • Сонолюминесценция
  • Суперкавитация
  • Суперкавитационный гребной винт  - морской гребной винт, предназначенный для работы с полным кавитационным пузырем.
  • Гидравлический удар  - скачок давления, когда жидкость вынуждена останавливаться или внезапно менять направление
  • Водный тоннель (гидродинамический)
  • Ультразвуковое кавитационное устройство

Ссылки [ править ]

  1. ^ Riesz, P .; Berdahl, D .; Кристман, CL (1985). «Генерация свободных радикалов ультразвуком в водных и неводных растворах» . Перспективы гигиены окружающей среды . 64 : 233–252. DOI : 10.2307 / 3430013 . JSTOR  3430013 . PMC  1568618 . PMID  3007091 .
  2. ^ Бреннен, Кристофер. «Кавитация и динамика пузырей» (PDF) . Издательство Оксфордского университета. п. 21 . Проверено 27 февраля 2015 года .
  3. ^ Гевари, Мойн Талебиан; Аббасиасл, Тахер; Ниази, Соруш; Горбани, Мортеза; Кошар, Али (2020-05-05). «Прямые и косвенные термические приложения гидродинамической и акустической кавитации: обзор» . Прикладная теплотехника . 171 : 115065. DOI : 10.1016 / j.applthermaleng.2020.115065 . ISSN 1359-4311 . 
  4. ^ Гевари, Мойн Талебиан; Шафаги, Али Хоссейнпур; Вильянуэва, Луис Гильермо; Горбани, Мортеза; Кошар, Али (январь 2020 г.). «Разработка элемента боковой шероховатости и изменение рабочей жидкости для интенсификации гидродинамических кавитационных потоков на микросхеме для сбора энергии» . Микромашины . 11 (1): 49. doi : 10.3390 / mi11010049 . PMC 7019874 . PMID 31906037 .  
  5. ^ СТОПАР, ДЭВИД. «ГИДРОДИНАМИЧЕСКАЯ КАВИТАЦИЯ» . Проверено 17 января 2020 года .
  6. ^ Moholkar, Vijayanand S .; Пандит, Анируддха Б. (1997). «Поведение пузыря в гидродинамической кавитации: эффект турбулентности». Журнал Айше . 43 (6): 1641–1648. DOI : 10.1002 / aic.690430628 .
  7. ^ Гельмгольц, Герман фон (1868). "Über diskontinuierliche Flüssigkeits-Bewegungen" [О прерывистых движениях жидкостей]. Monatsberichte der Königlichen Preussische Akademie des Wissenschaften zu Berlin (Ежемесячные отчеты Королевской прусской академии наук в Берлине) (на немецком языке). 23 : 215–228.
  8. ^ Биркгофу, G, Zarantonello. E (1957) Струи, следы и каверны. Нью-Йорк: Academic Press. 406p.
  9. ↑ Гуревич М.И. (1978) Теория струй идеальной жидкости. Наука, Москва, 536с. (на русском)
  10. ↑ Логвинович Г.В. (1969) Гидродинамика течений со свободными границами. Наукова думка, Киев, 215с. (На русском)
  11. ^ Кнапп, RT, Daili, JW, Hammit, Ф. (1970) Кавитация. Нью-Йорк: Книжная компания Mc Graw Hill. 578p.
  12. ^ Эпштейн Л.А. (1970) Методы размерности и подобия в задачах гидромеханики судов. Судостроение, Ленинград, 208стр. (На русском)
  13. ^ Терентьев, А., Киршнер, И., Ульман, Дж. (2011) Гидродинамика кавитирующих потоков. Магистральная издательская компания, 598 стр.
  14. ^ Олег Kozyuk ; Arisdyne Systems Inc .; Патент США US 7,667,082 B2; Аппарат и способ повышения выхода спирта из зерна
  15. ^ Гогейт, PR; Кабади, AM (2009). «Обзор применения кавитации в биохимической инженерии / биотехнологии». Журнал биохимической инженерии . 44 (1): 60–72. DOI : 10.1016 / j.bej.2008.10.006 .
  16. ^ «Переработка пищевого масла» . Кавитация Technologies, Inc . Проверено 4 января 2016 .
  17. ^ "Исследователи Sandia разгадывают тайну привлекательных поверхностей" . Сандийские национальные лаборатории . 2006-08-02 . Проверено 17 октября 2007 .
  18. ^ Пищальников, Ю. А; Сапожников, О. А; Бейли М. Р.; Уильямс-младший, J. C; Кливленд, Р. О; Колоний, Т; Crum, L.A; Эван, А. П; Макэтир, Дж. А (2003). «Активность скопления кавитационных пузырей при разрушении камней в почках ударными волнами литотриптера» . Журнал эндоурологии . 17 (7): 435–446. DOI : 10.1089 / 089277903769013568 . PMC 2442573 . PMID 14565872 .  
  19. ^ Мичиганский университет. Группа терапевтического ультразвука, факультет биомедицинской инженерии, Мичиганский университет .
  20. ^ Чу, По-Чун; Чай, Вэнь-Йен; Цай, Чи-Хунг; Канг, Ши-Цунг; Ага, Чи-Куанг; Лю, Хао-Ли (2016). «Сфокусированное открытие барьера между кровью и мозгом, индуцированное ультразвуком: связь с механическим индексом и индексом кавитации, анализируемым с помощью динамической контрастно-усиленной магнитно-резонансной томографии» . Научные отчеты . 6 : 33264. Bibcode : 2016NatSR ... 633264C . DOI : 10.1038 / srep33264 . PMC 5024096 . PMID 27630037 .  
  21. ^ Рабкин, Брайан А .; Здерич, Весна; Ваэзи, Шахрам (01.07.2005). «Гиперэхо в ультразвуковых изображениях HIFU-терапии: вовлечение кавитации» . Ультразвук в медицине и биологии . 31 (7): 947–956. DOI : 10.1016 / j.ultrasmedbio.2005.03.015 . ISSN 0301-5629 . PMID 15972200 .  
  22. ^ Стефанопулос, Панайотис К. MD, DMD; Микрос, Джордж, доктор медицины; Pinialidis, Dionisios E. MD; Ойкономакис, Иоаннис Н. MD, PhD; Циатис, Николаос Э., доктор философии; Янзон, Бо, доктор философии (2009-09-01). «Баллистика ранения военных винтовочных пуль: обновленная информация о спорных вопросах и связанных с ними заблуждениях» . Журнал травматологической и неотложной хирургии . 87 (3): 690–698. DOI : 10.1097 / TA.0000000000002290 . PMID 30939579 . S2CID 92996795 .  
  23. ^ PhysioMontreal Статья «Ультразвук».
  24. ^ Ансуорт, A; Dowson, D; Райт, V (июль 1971 г.). « « Растрескивание суставов ». Биоинженерное исследование кавитации в пястно-фаланговом суставе» . Анналы ревматических болезней . 30 (4): 348–58. DOI : 10.1136 / ard.30.4.348 . PMC 1005793 . PMID 5557778 .  
  25. ^ «Как пищевая промышленность использует кавитацию, самый мощный удар океана» . NPR.org . Проверено 13 декабря 2017 .
  26. ^ Бакленд ХК, Мастерс I .; Орм JAC, Бейкер Т. (2013). «Возникновение кавитации и моделирование в теории импульса лопаточных элементов для моделирования турбин с приливными потоками». Институт инженеров-механиков, Часть A: Журнал энергетики и энергетики . 227 (4): 479–485. DOI : 10.1177 / 0957650913477093 . S2CID 110248049 . 
  27. ^ Фудзисава, Нобуюки; Фудзита, Ясуаки; Янагисава, Кейта; Фудзисава, Кей; Ямагата, Такаюки (01.06.2018). «Одновременное наблюдение кавитационного схлопывания и образования ударной волны в кавитирующей струе». Экспериментальная терминология и гидродинамика . 94 : 159–167. DOI : 10.1016 / j.expthermflusci.2018.02.012 . ISSN 0894-1777 . 
  28. ^ Stachowiak, GW; Бэтчелор, AW (2001). Инженерная трибология . Инженерная трибология . п. 525 . Bibcode : 2005entr.book ..... W . ISBN 978-0-7506-7304-4.
  29. ^ Inc., Triangle Pump Components. «Распространенные причины кавитации в насосах» . Проверено 16 июля 2018 .
  30. ^ Голомб, Ричард. «Новая конструкция выхлопной трубы для газовых турбин GE рамного типа для существенного снижения потерь давления» . Американское общество инженеров-механиков . Проверено 2 августа 2012 года .
  31. ^ Целлюлозно-бумажная промышленность (1992), Daishowa сокращает объем технического обслуживания насоса за счет установки вращающихся лопаток для жидкости
  32. ^ Emerson Process Management (2005), Справочник по регулирующим клапанам, 4-е издание, стр. 136
  33. ^ Vokart, P .; Рутшамнн, П. (1984). Быстрый поток в водосбросных желобах с дефлекторами и без - Сравнение модели и прототипа, Proc. Intl. Symp. о масштабных эффектах в моделировании гидротехнических сооружений, IAHR, Эсслинген, Германия, редактор Х. КОБУС, статья 4.5 .
  34. ^ Peterka, AJ (1953). Влияние увлеченного воздуха на кавитационную ямку ». Документ совместного заседания, IAHR / ASCE, Миннеаполис, Миннесота, август 1953 г., стр. 507–518 .
  35. ^ Шансон, Х. (1989). Исследование устройств захвата воздуха и аэрации, Журнал гидравлических исследований, IAHR, Vol. 27, № 3, с. 301–319 (ISSN 0022-1686) .
  36. ^ Шансон, Х. (1989). Поток после аэратора. Расстояние между аэраторами. Журнал гидравлических исследований, IAHR, Vol. 27, № 4, с. 519–536 (ISSN 0022-1686) .
  37. ^ Шансон, Х. (1994). Аэрация и деаэрация в устройствах нижней аэрации на водосбросах, Canadian Journal of Civil. Engineering, Vol. 21, № 3, июнь, стр. 404–409 (ISSN 0315-1468) .
  38. ^ Шансон, Х. (1995). Прогнозирование заполнения вентилируемых полостей за аэраторами водосброса, Журнал гидравлических исследований, IAHR, Vol. 33, № 3, с. 361–372 (ISSN 0022–1686) .
  39. ^ Программа, Опасности вулканов. "Гавайская вулканическая обсерватория" . volcanoes.usgs.gov . Проверено 28 мая 2017 .
  40. ^ Симакин, Александр Г .; Гассеми, Ахмад (2018). «Механика магматического очага с учетом эффекта перетока СО2» . В Aiello, Джемма (ред.). Вулканы: геологические и геофизические условия, теоретические аспекты и численное моделирование, применение в промышленности и их влияние на здоровье человека . п. 176. ISBN. 978-1-7892-3348-3. Проверено 30 апреля 2020 .
  41. ^ 1944-, Райлих, Петр (2007-01-01). Český kráter . Jihočeské muzeum. ISBN 9788086260808. OCLC  276814811 .CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
  42. ^ 1944-., Райлих, Петр (2014-01-01). Vesmírná příhoda v Českém křemeni (av Českém masivu) . Geologie. ISBN 9788026056782. OCLC  883371161 .CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
  43. ^ Mestan, J .; Альварес Поланко, EI (2014-12-01). «Вариации плотности кварца как ключ к расшифровке ультразвукового зондирования, связанного с ударами (гипотеза Райлиха)?». Тезисы осеннего собрания AGU . 11 : MR11A – 4310. Bibcode : 2014AGUFMMR11A4310M .
  44. ^ Sperry, JS, Saliendra, NZ, Pockman, WT, Кошары, H., Cuizat, П. Дэвис, SD, Эверс, FW, и Тайри, MT, 1996. Новых данных по давлению большой отрицательной ксилемы и ихизмерения барокамерная техника. «Растительная клеточная среда». 19: 427–436.
  45. ^ Ноблин, X .; Рохас, НЕТ; Westbrook, J .; Llorens, C .; Аргентина, М .; Дюмэ, Дж. (2012). "Папоротниковый спорангий: Уникальная катапульта" (PDF) . Наука . 335 (6074): 1322. Bibcode : 2012Sci ... 335.1322N . DOI : 10.1126 / science.1215985 . ISSN 0036-8075 . PMID 22422975 . S2CID 20037857 .    
  46. ^ Брахик, Кэтрин (2008-03-28). «Дельфины плавают так быстро, что больно» . Новый ученый . Проверено 31 марта 2008 .
  47. ^ Иосилевский, Г; Weihs, D (2008). «Ограничение скорости плавания рыб и китообразных» . Журнал Интерфейса Королевского общества . 5 (20): 329–338. DOI : 10,1098 / rsif.2007.1073 . ISSN 1742-5689 . PMC 2607394 . PMID 17580289 .   
  48. ↑ Патек, Шейла. «Шейла Патек отслеживает самых быстрых животных» . TED . Проверено 18 февраля 2011 года .
  49. ^ Циклирас, Афанасий С .; Оливер, Саймон П .; Тернер, Джон Р .; Ганн, Клеменс; Сильвоза, Медель; Д'Урбан Джексон, Тим (2013). «Акулы-молотилки используют удары хвостом в качестве стратегии охоты» . PLOS ONE . 8 (7): e67380. Bibcode : 2013PLoSO ... 867380O . DOI : 10.1371 / journal.pone.0067380 . ISSN 1932-6203 . PMC 3707734 . PMID 23874415 .   
  50. ^ https://www.youtube.com/watch?v=lHoCCPsRuhg
  51. ^ Паницца, Марио (1996). Геоморфология окружающей среды . Амстердам; Нью-Йорк: Эльзевир. стр.  112 -115. ISBN 978-0-444-89830-2.
  52. ^ Эйлер (1754). «Théorie plus complete des machines qui sont mises en mouvement par la réaction de l'eau» [Более полная теория машин, приводимых в движение реакцией на воду]. Mémoires de l'Académie Royale des Sciences et Belles-Lettres (Берлин) (на французском языке). 10 : 227–295. См. §LXXXI, стр. 266–267. С п. 266: «Il pourroit donc arriver que la pression en M devint même négative, & alors l'eau Abandonneroit les parois du tuyau, & y laisseroit un vuide, si elle n'étoit pas comprimée par le poids de l'atmosphère». (Следовательно, может случиться так, что давление в M может даже стать отрицательным, и тогда вода выйдет за стенки трубы и оставит там пустоту, если бы она не была сжата весом атмосферы.)
  53. ^ Безант, WH (1859). Трактат по гидростатике и гидродинамике . Кембридж, Англия: Дейтон, Белл и Ко стр.  170 -171.
  54. ^ (Кембриджский университет) (1847). "Экзамен на степень с отличием в Сенате, 1847 г." . Экзамены на степень бакалавра искусств, Кембридж, январь 1847 года . Лондон, Англия: Джордж Белл. п. 13, проблема 23.
  55. ^ (Кравотто и Синтас, 2012), стр. 26.
  56. ^ См .:
    • Рейнольдс, Осборн (1894). «Эксперименты, показывающие кипение воды в открытой трубе при обычных температурах» . Отчет о Шестьдесят четвертом заседании Британской ассоциации развития науки, состоявшемся в Оксфорде в августе 1894 г . : 564.
    • Рейнольдс, Осборн (1901). «Эксперименты, показывающие кипение воды в открытой трубе при обычных температурах» . Статьи по механическим и физическим предметам . т. 2. Кембридж, Англия: Издательство Кембриджского университета. С. 578–587.
  57. ^ Торникрофт, Джон Исаак; Барнаби, Сидней Уокер (1895). «Истребители торпедных катеров» . Протоколы заседаний института инженеров-строителей . 122 (1895): 51–69. DOI : 10.1680 / imotp.1895.19693 .С п. 67: «Кавитация, как г-н Фруд предложил авторам назвать это явление…»
  58. ^ Кравотто, Джанкарло; Синтас, Педро (2012). «Глава 2. Введение в сонохимию: исторический и концептуальный обзор» . Ин Чен, Донг; Шарма, Санджай К .; Мудху, Акмез (ред.). Справочник по применению ультразвука: сонохимия для устойчивого развития . Бока-Ратон, Флорида, США: CRC Press. п. 27. ISBN 9781439842072.
  59. ^ Барнаби, Syndey W. (1897). «Об образовании полостей в воде гребными винтами на высоких скоростях» . Труды Королевского института военно-морских архитекторов . 39 : 139–144.
  60. ^ Парсонс, Чарльз (1897). «Применение составной паровой турбины в судовых двигательных установках» . Труды Королевского института военно-морских архитекторов . 38 : 232–242.Описание стробоскопа см. На стр. 234: «Винт [то есть пропеллер] освещался светом от дуговой лампы, отраженным от вращающегося зеркала, прикрепленного к валу винта, который падал на него только в одной точке вращения, и, таким образом, форма, форма, и рост полостей можно было ясно увидеть и проследить, как если бы они стояли неподвижно ».
  61. ^ См .:
    • Парсонс, Чарльз А. (1934) "Движущая сила - высокоскоростные навигационные паровые турбины [обращение к Королевскому институту Великобритании, доставлено 26 января 1900 года]". Парсонс, Г.Л. (ред.). Научные статьи и адреса Достоп. Сэр Чарльз А. Парсонс . Кембридж, Англия: Издательство Кембриджского университета. С. 26–35.
    • Парсонс, Чарльз А. (1913). «Экспериментальная аппаратура, показывающая кавитацию в гребных винтах» . Сделки - Институт инженеров и судостроителей Северо-Восточного побережья . 29 : 300–302.
    • Ричардсон, Александр (1911). Эволюция паровой турбины Парсонса . Лондон, Англия: офисы компании «Инжиниринг». С. 72–76.
    • Беррилл, LC (1951). «Сэр Чарльз Парсон и Кавитация». Труды Института морских инженеров . 63 : 149–167.
  62. ^ Драйден, Хью Л .; Murnaghan, Francis D .; Бейтман, Х. (1932). «Отчет Комитета по гидродинамике. Отделение физических наук. Национальный исследовательский совет» . Бюллетень Национального исследовательского совета (84): 139.
  63. ^ Рэлей (1917). «О давлении, возникающем в жидкости при схлопывании сферической полости» . Философский журнал . 6-я серия. 34 (200): 94–98. DOI : 10.1080 / 14786440808635681 .
  64. ^ См., Например, (Рэлей, 1917), стр. 98, где, если P - гидростатическое давление на бесконечности, то схлопывающийся паровой пузырь может создать давление до 1260 × P.
  65. ^ Стэнли Смит Кук (1875–1952) был конструктором паровых турбин. Во время Первой мировой войны Кук был членом комитета из шести человек, который был организован Королевским флотом для расследования износа («эрозии») гребных винтов кораблей. Эрозия была связана в первую очередь с кавитацией. Видеть:
    • «Эрозия гребных винтов». Подкомитет Propeller (Раздел III). Отчет Совета по изобретениям и исследованиям (17 сентября 1917 г.) Лондон, Англия.
    • Парсонс, Чарльз А .; Кук, Стэнли С. (1919). «Исследования причин коррозии или эрозии гребных винтов» . Труды Института корабельных архитекторов . 61 : 223–247.
    • Парсонс, Чарльз А .; Кук, Стэнли С. (18 апреля 1919 г.). «Исследования причин коррозии или эрозии гребных винтов» . Инженерное дело . 107 : 515–519.
    • Гибб, Клод (ноябрь 1952 г.). «Стэнли Смит Кук. 1875–1952». Уведомления о некрологе членов Королевского общества . 8 (21): 118–127. DOI : 10,1098 / rsbm.1952.0008 . S2CID  119838312 . ; см. стр. 123–124.
  66. ^ Харрисон, Марк (1952). «Экспериментальное исследование кавитационного шума одиночного пузыря». Журнал Акустического общества Америки . 24 (6): 776–782. Bibcode : 1952ASAJ ... 24..776H . DOI : 10.1121 / 1.1906978 .
  67. ^ Гют, Вернфрид (1956). "Entstehung der Stoßwellen bei der Kavitation" [Происхождение ударных волн при кавитации]. Акустика (на немецком языке). 6 : 526–531.
  68. ^ Krehl, Питер OK (2009). История ударных волн, взрывов и ударов: хронологический и биографический справочник . Берлин и Гейдельберг, Германия: Springer Verlag. п. 461. ISBN. 9783540304210.
  69. ^ Корнфельд, М .; Суворов, Л. (1944). «О разрушающем действии кавитации». Журнал прикладной физики . 15 (6): 495–506. Bibcode : 1944JAP .... 15..495K . DOI : 10.1063 / 1.1707461 .
  70. ^ Rattray, Maurice, Jr. (1951) Эффекты возмущения в динамике кавитационного пузыря. Кандидат наук. защитил диссертацию в Калифорнийском технологическом институте (Пасадена, Калифорния, США).
  71. ^ Naudé, Charles F .; Эллис, Альберт Т. (1961). «О механизме кавитационного разрушения неголусферическими полостями, контактирующими с твердой границей» (PDF) . Журнал фундаментальной инженерии . 83 (4): 648–656. DOI : 10.1115 / 1.3662286 . Доступно в Калифорнийском технологическом институте (Пасадена, Калифорния, США). [ постоянная мертвая ссылка ]
  72. ^ а б Шипилов С.Е .; Якубов В.П. (2018). «История технической защиты. 60 лет науке: к юбилею проф. В.Ф. Минина» . IOP Conf. Серия: Материаловедение и инженерия . IOP Publishing . 363 (12033): 012033. Bibcode : 2018MS & E..363a2033S . DOI : 10,1088 / 1757-899X / 363/1 / 012033 .

Дальнейшее чтение [ править ]

  • О кавитации в растениях см. « Физиология растений » Тайза и Зейгера.
  • Чтобы узнать о кавитации в инженерной области, посетите [1]
  • Корнфельт, М. (1944). «О разрушающем действии кавитации». Журнал прикладной физики . 15 (6): 495–506. Bibcode : 1944JAP .... 15..495K . DOI : 10.1063 / 1.1707461 .
  • Чтобы узнать о гидродинамической кавитации в области этанола, посетите [2] и журнал производителей этанола: «Крошечные пузырьки, чтобы сделать вас счастливыми» [3]
  • Барнетт, С. (1998). «Нетепловые проблемы: кавитация - ее природа, обнаружение и измерение». Ультразвук в медицине и биологии . 24 : S11 – S21. DOI : 10.1016 / s0301-5629 (98) 00074-X .
  • О кавитации на турбинах приливных потоков см. Buckland, Hannah C; Мастерс, Ян; Орм, Джеймс А.С.; Бейкер, Тим (2013). «Возникновение кавитации и моделирование в теории импульса лопаточных элементов для моделирования турбин с приливными потоками». Труды Института инженеров-механиков, часть A: журнал Power and Energy . 227 (4): 479. DOI : 10,1177 / 0957650913477093 . S2CID 110248049 . 

Внешние ссылки [ править ]

  • Кавитация и пузырьковые потоки, лаборатория Сент-Энтони-Фоллс, Университет Миннесоты
  • Кавитация и динамика пузырьков Кристофера Э. Бреннена
  • Основы многофазного потока Кристофера Э. Бреннена
  • CFD-моделирование кавитации по типу Ван-дер-Ваальса
  • Кавитационный пузырь в переменных гравитационных полях, образование струи
  • Кавитация ограничивает скорость дельфинов
  • Крошечные пузырьки, которые сделают вас счастливыми
  • Насос Кавитация
  • Билл Бити из amasci.com разбивает бутылки с помощью кавитации