stringtranslate.com

Кавитация

Модель кавитирующего винта в эксперименте с водяным туннелем
Кавитационное повреждение пластины клапана аксиально-поршневого гидравлического насоса
На этом видео показана кавитация в шестеренчатом насосе.
Кавитационные повреждения, очевидные на гребном винте персонального гидроцикла

Кавитация в механике жидкостей и технике обычно относится к явлению, при котором статическое давление жидкости падает ниже давления паров жидкости , что приводит к образованию небольших полостей, заполненных паром, в жидкости. [1] При воздействии 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 схлопнувшемуся пузырьку, но быстро ослабевают по мере их распространения от схлопывания. Кавитация является существенной причиной износа в некоторых инженерных контекстах. Схлопывающиеся пустоты, которые схлопываются вблизи поверхности металла, вызывают циклическое напряжение посредством повторного схлопывания. Это приводит к поверхностной усталости металла, вызывая тип износа, также называемый «кавитацией». Наиболее распространенными примерами такого рода износа являются рабочие колеса насосов и изгибы, где происходит внезапное изменение направления жидкости. Кавитацию обычно делят на два класса поведения: инерционная (или переходная) кавитация и неинерционная кавитация.

Процесс, при котором пустота или пузырек в жидкости быстро схлопывается, создавая ударную волну , называется инерционной кавитацией. Инерционная кавитация встречается в природе при ударах раков-богомолов и креветок-щелкунов , а также в сосудистых тканях растений. В промышленных объектах она может происходить в регулирующих клапанах , насосах , пропеллерах и рабочих колесах . [2] [3]

Неинерционная кавитация — это процесс, при котором пузырек в жидкости вынужден колебаться по размеру или форме из-за некоторой формы подачи энергии, например, акустического поля . Газ в пузырьке может содержать часть газа, отличного от паровой фазы жидкости. Такая кавитация часто используется в ваннах ультразвуковой очистки , а также может наблюдаться в насосах, пропеллерах и т. д.

Поскольку ударные волны, образующиеся при схлопывании пустот, достаточно сильны, чтобы нанести значительный ущерб деталям, кавитация обычно является нежелательным явлением в технике (хотя желательна, если используется намеренно, например, для стерилизации загрязненных хирургических инструментов, расщепления загрязняющих веществ в системах очистки воды, эмульгирования тканей для хирургии катаракты или литотрипсии почечных камней или гомогенизации жидкостей). Она очень часто специально предотвращается при проектировании машин, таких как турбины или пропеллеры, и устранение кавитации является основным направлением в изучении динамики жидкости . Однако иногда она полезна и не вызывает повреждений, когда пузырьки схлопываются вдали от машины, например, при суперкавитации .

Физика

Инерционная кавитация

Инерционная кавитация была впервые обнаружена в конце 19 века, когда рассматривалось разрушение сферической пустоты внутри жидкости. Когда объем жидкости подвергается достаточно низкому давлению , он может разорваться и образовать полость. Это явление называется зарождением кавитации и может происходить за лопастью быстро вращающегося винта или на любой поверхности, вибрирующей в жидкости с достаточной амплитудой и ускорением. Быстро текущая река может вызывать кавитацию на поверхности скал, особенно когда есть обрыв, например, на водопаде. [ необходима цитата ]

Парообразные газы испаряются в полость из окружающей среды; таким образом, полость вовсе не является вакуумом, а скорее представляет собой паровой (газовый) пузырь низкого давления. Как только условия, вызвавшие образование пузырька, больше не присутствуют, например, когда пузырек движется вниз по течению, окружающая жидкость начинает сжиматься из-за своего более высокого давления, наращивая импульс по мере своего движения внутрь. Когда пузырек наконец схлопывается, внутренний импульс окружающей жидкости вызывает резкое увеличение давления и температуры пара внутри. Пузырь в конечном итоге схлопывается до мельчайшей доли своего первоначального размера, и в этот момент газ внутри рассеивается в окружающую жидкость посредством довольно сильного механизма, который высвобождает значительное количество энергии в форме акустической ударной волны и видимого света . В точке полного схлопывания температура пара внутри пузырька может составлять несколько тысяч Кельвинов , а давление — несколько сотен атмосфер. [4]

Физический процесс возникновения кавитации похож на кипение . Главное различие между ними заключается в термодинамических путях, которые предшествуют образованию пара. Кипение происходит, когда локальная температура жидкости достигает температуры насыщения , и подается дополнительное тепло, чтобы позволить жидкости в достаточной степени перейти в газообразное состояние. Возникновение кавитации происходит, когда локальное давление падает достаточно далеко ниже давления насыщенного пара, значения, определяемого пределом прочности жидкости при определенной температуре. [5]

Для того чтобы произошло зарождение кавитации, кавитационным «пузырькам» обычно нужна поверхность, на которой они могут зародиться . Эта поверхность может быть предоставлена ​​стенками контейнера, примесями в жидкости или небольшими нерастворенными микропузырьками внутри жидкости. Общепринято, что гидрофобные поверхности стабилизируют небольшие пузырьки. Эти уже существующие пузырьки начинают неограниченно расти, когда они подвергаются давлению ниже порогового давления, называемого порогом Блейка. [6] Наличие несжимаемого ядра внутри кавитационного ядра существенно снижает порог кавитации ниже порога Блейка. [7]

Давление пара здесь отличается от метеорологического определения давления пара, которое описывает парциальное давление воды в атмосфере при некотором значении, меньшем 100% насыщения. Давление пара, как относящееся к кавитации, относится к давлению пара в равновесных условиях и поэтому может быть более точно определено как равновесное (или насыщенное) давление пара .

Неинерционная кавитация — это процесс, при котором небольшие 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 деликатных материалов, таких как кремниевые пластины .

Другие способы создания кавитационных пустот включают локальное вложение энергии, например, интенсивный сфокусированный лазерный импульс (оптическая кавитация) или электрический разряд через искру. Эти методы использовались для изучения эволюции пузырька, который фактически создается локальным кипением жидкости с локальным приращением температуры.

Гидродинамическая кавитация

Гидродинамическая кавитация — это процесс испарения, образования пузырьков и схлопывания пузырьков, который происходит в текущей жидкости в результате уменьшения и последующего увеличения локального давления. Кавитация возникнет только в том случае, если локальное давление упадет до некоторой точки ниже давления насыщенных паров жидкости и последующее восстановление выше давления паров. Если давление восстановления не выше давления паров, то говорят, что произошло вскипание. В трубопроводных системах кавитация обычно возникает либо в результате увеличения кинетической энергии (через сужение области), либо увеличения высоты трубы.

Гидродинамическая кавитация может быть получена путем пропускания жидкости через суженный канал с определенной скоростью потока или путем механического вращения объекта через жидкость. В случае суженного канала и на основе определенной (или уникальной) геометрии системы сочетание давления и кинетической энергии может создать гидродинамическую кавитационную каверну ниже по течению от локального сужения, генерируя высокоэнергетические кавитационные пузырьки.

На основе термодинамической диаграммы изменения фазы, увеличение температуры может инициировать известный механизм изменения фазы, известный как кипение. Однако уменьшение статического давления также может помочь пройти многофазную диаграмму и инициировать другой механизм изменения фазы, известный как кавитация. С другой стороны, локальное увеличение скорости потока может привести к падению статического давления до критической точки, в которой может быть инициирована кавитация (на основе принципа Бернулли). Критическая точка давления - это давление насыщенного пара. В закрытой жидкостной системе, где не обнаружено утечки потока, уменьшение площади поперечного сечения приведет к увеличению скорости и, следовательно, падению статического давления. Это рабочий принцип многих реакторов на основе гидродинамической кавитации для различных применений, таких как очистка воды, сбор энергии, улучшение теплопередачи, обработка пищевых продуктов и т. д. [8]

Существуют различные режимы течения, обнаруженные по мере развития кавитационного потока: зарождение, развитое течение, суперкавитация и запирающийся поток. Зарождение — это первый момент, когда в системе появляется вторая фаза (газовая фаза). Это самый слабый кавитационный поток, захваченный в системе, соответствующий самому высокому числу кавитации . Когда полости растут и становятся больше в размерах в отверстиях или структурах Вентури, регистрируется развитое течение. Наиболее интенсивный кавитационный поток известен как суперкавитация, когда теоретически вся площадь сопла отверстия заполнена пузырьками газа. Этот режим течения соответствует самому низкому числу кавитации в системе. После суперкавитации система не способна пропускать больше потока. Следовательно, скорость не меняется, в то время как давление выше по потоку увеличивается. Это приведет к увеличению числа кавитации, что показывает, что возник запирающийся поток. [9]

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 среда жидкой среды остается в условиях окружающей среды. При отсутствии контроля кавитация наносит ущерб; однако, контролируя поток кавитации, можно использовать энергию и не наносить вреда. Контролируемая кавитация может использоваться для усиления химических реакций или распространения определенных неожиданных реакций, поскольку в процессе образуются свободные радикалы из-за диссоциации паров, захваченных в кавитирующих пузырьках. [10]

Сообщается, что отверстия и трубки Вентури широко используются для создания кавитации. У трубки Вентури есть неотъемлемое преимущество перед отверстием из-за ее плавных сходящихся и расходящихся секций, так что она может создавать более высокую скорость потока в горловине при заданном падении давления на ней. С другой стороны, отверстие имеет преимущество в том, что оно может вместить большее количество отверстий (больший периметр отверстий) в заданной площади поперечного сечения трубы. [11]

Явление кавитации можно контролировать для улучшения характеристик высокоскоростных морских судов и снарядов, а также в технологиях обработки материалов, в медицине и т. д. Управление кавитирующими течениями в жидкостях может быть достигнуто только путем совершенствования математической основы кавитационных процессов. Эти процессы проявляются по-разному, наиболее распространенными и перспективными для управления являются пузырьковая кавитация и суперкавитация. Первое точное классическое решение, пожалуй, следует отнести к известному решению Германа фон Гельмгольца 1868 года. [12] Самые ранние выдающиеся исследования академического типа по теории кавитирующего течения со свободными границами и суперкавитации были опубликованы в книге Струи, следы и каверны [13], за которой последовала Теория струй идеальной жидкости [14] . В этих книгах широко использовалась хорошо разработанная теория конформных отображений функций комплексной переменной, позволяющая выводить большое количество точных решений плоских задач. Другое направление, объединяющее существующие точные решения с приближенными и эвристическими моделями, было исследовано в работе «Гидродинамика течений со свободными границами» [15] , в которой были уточнены применяемые методы расчета, основанные на принципе независимости расширения полостей, теории пульсаций и устойчивости удлиненных осесимметричных полостей и т. д. [16] и в работе «Методы размерности и подобия в задачах гидромеханики судов» [17] .

Естественным продолжением этих исследований недавно стал труд «Гидродинамика кавитирующих течений» [18] – энциклопедический труд, вобравший в себя все лучшие достижения в этой области за последние три десятилетия и объединивший классические методы математических исследований с современными возможностями компьютерных технологий. К ним относятся разработка нелинейных численных методов решения трехмерных задач кавитации, уточнение известных плоских линейных теорий, построение асимптотических теорий осесимметричных и близких к осесимметричным течений и т. д. По сравнению с классическими подходами новое направление характеризуется расширением теории на трехмерные течения. Оно также отражает определенную взаимосвязь с современными работами прикладного характера по гидродинамике суперкавитирующих тел.

Гидродинамическая кавитация также может улучшить некоторые промышленные процессы. Например, кавитированная кукурузная жижа показывает более высокие выходы при производстве этанола по сравнению с некавитированной кукурузной жижей в установках сухого помола. [19]

Это также используется при минерализации биорефракторных соединений, для которых в противном случае потребовались бы условия чрезвычайно высокой температуры и давления, поскольку в процессе образуются свободные радикалы из-за диссоциации паров, захваченных в кавитирующих пузырьках, что приводит либо к интенсификации химической реакции, либо даже может привести к распространению определенных реакций, невозможных в других условиях окружающей среды. [20]

Акустическая кавитация и ультразвуковая кавитация

Инерционная кавитация может также происходить в присутствии акустического поля. Микроскопические пузырьки газа, которые обычно присутствуют в жидкости, будут вынуждены колебаться из-за приложенного акустического поля. Если акустическая интенсивность достаточно высока, пузырьки сначала увеличатся в размерах, а затем быстро схлопнутся. Следовательно, инерционная кавитация может происходить даже если разрежение в жидкости недостаточно для возникновения пустоты типа Рэлея.

Зарождение ультразвуковой кавитации произойдет, когда ускорение источника ультразвука будет достаточным для создания необходимого перепада давления. Этот перепад давления зависит от величины ускорения и размера объема, затронутого волной давления. Безразмерное число, которое предсказывает ультразвуковую кавитацию, — это число Гарсиа-Атанса . Высокомощные ультразвуковые рожки создают ускорения, достаточно высокие для создания области кавитации, которая может использоваться для гомогенизации , дисперсии , деагломерации, эрозии, очистки, измельчения, эмульгирования , экстракции, дезинтеграции и сонохимии .

Аэродинамическая кавитация

Хотя кавитация преобладает в жидкостях, она в некоторой степени существует и в газе, поскольку имеет гидродинамику на высоких скоростях. [21] [22] Например, пуля с плоским наконечником движется быстрее под водой, поскольку она создает кавитацию по сравнению с пулей с острым наконечником. Идеальной формой для аэродинамической кавитации является дюна. Она имеет такую ​​форму, которая обеспечивает минимальное сопротивление ветру. Поверхность с небольшими дюнами, установленными на самолетах и ​​различных высокоскоростных транспортных средствах, общее трение о воздух уменьшится в несколько раз. Поверхность дюны выталкивает воздух вверх, под и позади падения давления воздуха, уменьшая трение. Дюна может увеличить лобовое сопротивление, но оно будет компенсировано уменьшением общей площади трения, как это происходит в подводной пуле. В результате скорость самолета или транспортного средства значительно увеличится. [23]

Приложения

Химическая инженерия

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 смесительные машины основаны на этом принципе конструкции. Обычно это достигается за счет конструкции импеллера или путем продавливания смеси через кольцевое отверстие, которое имеет узкое входное отверстие с гораздо большим выходным отверстием. В последнем случае резкое снижение давления по мере ускорения жидкости в больший объем вызывает кавитацию. Этот метод можно контролировать с помощью гидравлических устройств, которые контролируют размер входного отверстия, что позволяет осуществлять динамическую регулировку во время процесса или модификацию для различных веществ. Поверхность этого типа смесительного клапана, на которую наталкиваются кавитационные пузырьки, вызывая их взрыв, подвергается огромному механическому и термическому локализованному напряжению; поэтому они часто изготавливаются из чрезвычайно прочных и твердых материалов, таких как нержавеющая сталь , стеллит или даже поликристаллический алмаз (PCD).

Также были разработаны кавитационные устройства для очистки воды , 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. [24]

Гидрофобные химикаты притягиваются под водой кавитацией, поскольку разница в давлении между пузырьками и жидкой водой заставляет их объединяться. Этот эффект может способствовать сворачиванию белка . [25]

Биомедицинский

Кавитация играет важную роль в разрушении камней в почках при ударно-волновой литотрипсии . [26] 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 нетермическом, неинвазивном фракционировании тканей для лечения различных заболеваний [27] и может использоваться для открытия гематоэнцефалического барьера с целью увеличения усвоения неврологических препаратов в мозге. [28]

Кавитация также играет роль в HIFU , термическом неинвазивном методе лечения рака . [29]

В ранах, вызванных ударами с высокой скоростью (например, пулевые ранения), также наблюдаются эффекты, вызванные кавитацией. Точные механизмы ранения пока не полностью изучены, поскольку существует временная кавитация и постоянная кавитация вместе с дроблением, разрывом и растяжением. Кроме того, высокая дисперсия плотности внутри тела затрудняет определение ее эффектов. [30]

Ультразвук иногда используется для ускорения формирования костной ткани, например, в послеоперационный период. [31]

Было высказано предположение, что звук «хруста» суставов возникает из-за разрушения полости в синовиальной жидкости внутри сустава. [32]

Кавитация также может образовывать микро-нанопузырьки озона , что перспективно в стоматологических применениях. [33]

Уборка

В промышленных очистных приложениях кавитация имеет достаточную мощность для преодоления сил адгезии частиц к подложке, ослабляя загрязнения. Пороговое давление, необходимое для инициирования кавитации, является сильной функцией ширины импульса и входной мощности. Этот метод работает путем создания акустической кавитации в чистящей жидкости, подхватывая и унося частицы загрязнений в надежде, что они не прикрепятся повторно к очищаемому материалу (что возможно, например, когда объект погружен в ванну ультразвуковой очистки). Те же физические силы, которые удаляют загрязнения, также могут повредить очищаемую цель.

Еда и напитки

Яйца

Кавитация применялась для пастеризации яиц. Ротор с отверстиями производит кавитационные пузырьки, нагревая жидкость изнутри. Поверхности оборудования остаются холоднее, чем проходящая жидкость, поэтому яйца не затвердевают, как это было на горячих поверхностях старого оборудования. Интенсивность кавитации можно регулировать, что позволяет настроить процесс на минимальное повреждение белка. [34]

Производство растительного масла

Кавитация применяется для рафинирования и дегуммирования растительного масла с 2011 года и считается проверенной и стандартной технологией в этом применении. Внедрение гидродинамической кавитации в процесс рафинирования и дегуммирования позволяет значительно сократить использование вспомогательных средств, таких как химикаты, вода и отбеливающая глина. [35] [36] [37] [38] [39]

Биотопливо

Биодизель

Кавитация применяется в производстве биодизеля с 2011 года и считается проверенной и стандартной технологией в этом применении. Внедрение гидродинамической кавитации в процесс переэтерификации позволяет значительно сократить использование катализатора, улучшить качество и увеличить производительность. [40] [41] [42]

Кавитационные повреждения

Кавитационное повреждение турбины Фрэнсиса

Кавитация обычно является нежелательным явлением. В таких устройствах, как винты и насосы , кавитация вызывает сильный шум, повреждение компонентов, вибрации и потерю эффективности. Шум, вызванный кавитацией, может быть особенно нежелательным на военных судах, где такой шум может сделать их более легко обнаруживаемыми пассивным гидролокатором . Кавитация также стала проблемой в секторе возобновляемой энергии, поскольку она может возникать на поверхности лопастей турбин приливного течения . [43]

Когда кавитационные пузырьки схлопываются, они загоняют энергичную жидкость в очень маленькие объемы, тем самым создавая пятна высокой температуры и испуская ударные волны, последние из которых являются источником шума. Шум, создаваемый кавитацией, представляет особую проблему для военных подводных лодок , поскольку он увеличивает шансы быть обнаруженными пассивным гидролокатором .

Хотя схлопывание небольшой полости является относительно низкоэнергетическим событием, сильно локализованные схлопывания могут со временем привести к эрозии металлов, таких как сталь. [44] Ямки, вызванные схлопыванием полостей, вызывают большой износ компонентов и могут значительно сократить срок службы гребного винта или насоса.

После того, как поверхность изначально подверглась кавитации, она имеет тенденцию к эрозии с ускоряющейся скоростью. Кавитационные ямки увеличивают турбулентность потока жидкости и создают щели, которые действуют как центры зарождения для дополнительных кавитационных пузырьков. Ямки также увеличивают площадь поверхности компонентов и оставляют после себя остаточные напряжения. Это делает поверхность более подверженной коррозии под напряжением . [45]

Насосы и пропеллеры

Основными местами возникновения кавитации являются насосы, винты или ограничения в текущей жидкости.

Когда лопасти импеллера (в насосе) или пропеллера (как в случае с кораблем или подводной лодкой) движутся через жидкость, образуются области низкого давления, поскольку жидкость ускоряется вокруг и проходит мимо лопастей. Чем быстрее движется лопасть, тем ниже может стать давление вокруг нее. Когда она достигает давления пара , жидкость испаряется и образует маленькие пузырьки газа. Это кавитация. Когда пузырьки позже схлопываются, они обычно вызывают очень сильные локальные ударные волны в жидкости, которые могут быть слышны и даже могут повредить лопасти.

Кавитация в насосах может возникать в двух различных формах:

Всасывающая кавитация

Кавитация всасывания происходит, когда всасывание насоса находится в условиях низкого давления/высокого вакуума, когда жидкость превращается в пар в глазке рабочего колеса насоса. Этот пар переносится на выпускную сторону насоса, где он больше не видит вакуума и сжимается обратно в жидкость давлением нагнетания. Это взрывное действие происходит бурно и атакует поверхность рабочего колеса. Рабочее колесо, которое работало в условиях кавитации всасывания, может иметь большие куски материала, удаленные с его поверхности, или очень маленькие кусочки материала, удаленные из-за того, что рабочее колесо выглядит как губка. Оба случая приведут к преждевременному выходу насоса из строя, часто из-за выхода из строя подшипника. Кавитация всасывания часто определяется по звуку, похожему на звук гравия или мрамора в корпусе насоса.

Распространенными причинами кавитации на всасывании могут быть засоренные фильтры, закупорка трубопровода на стороне всасывания, плохая конструкция трубопровода, работа насоса слишком далеко вправо от кривой насоса или условия, не соответствующие требованиям NPSH (чистый положительный напор на всасывании). [46]

В автомобильных приложениях засоренный фильтр в гидравлической системе (усилитель руля, усилитель тормозов) может вызвать кавитацию всасывания, создавая шум, который нарастает и падает синхронно с оборотами двигателя. Это довольно часто высокочастотный вой, как будто набор нейлоновых шестеренок не совсем правильно зацепляется.

Кавитация разряда

Кавитация нагнетания происходит, когда давление нагнетания насоса чрезвычайно высоко, что обычно происходит в насосе, который работает менее чем на 10% от своей лучшей точки эффективности. Высокое давление нагнетания заставляет большую часть жидкости циркулировать внутри насоса вместо того, чтобы вытекать из нагнетания. Когда жидкость течет вокруг рабочего колеса, она должна проходить через небольшой зазор между рабочим колесом и корпусом насоса с чрезвычайно высокой скоростью потока. Эта скорость потока вызывает образование вакуума на стенке корпуса (подобно тому, что происходит в трубке Вентури ), что превращает жидкость в пар. Насос, который работал в таких условиях, показывает преждевременный износ кончиков 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 рабочего колеса. [ необходима цитата ]

Считается, что кавитация в суставной жидкости является причиной щелкающего звука, который возникает при хрусте костей в суставах , например, при преднамеренном хрусте костяшками пальцев.

Кавитационные решения

Поскольку для раскрытия потенциала всем насосам требуется хорошо развитый впускной поток, насос может работать не так эффективно или быть не таким надежным, как ожидалось, из-за неправильной компоновки всасывающего трубопровода, например, из-за близкого расположения колена на впускном фланце. Когда плохо развитый поток попадает в рабочее колесо насоса, он ударяется о лопасти и не может следовать по проходу рабочего колеса. Затем жидкость отделяется от лопастей, вызывая механические проблемы из-за кавитации, вибрации и проблем с производительностью из-за турбулентности и плохого заполнения рабочего колеса. Это приводит к преждевременному выходу из строя уплотнения, подшипника и рабочего колеса, высоким расходам на техническое обслуживание, высокому энергопотреблению и напору и/или расходу ниже указанного.

Чтобы иметь хорошо развитую схему потока, руководства производителей насосов рекомендуют около (10 диаметров?) прямого участка трубы выше по течению от входного фланца насоса. К сожалению, проектировщики трубопроводов и персонал завода должны бороться с ограничениями по пространству и расположению оборудования и обычно не могут выполнить эту рекомендацию. Вместо этого обычно используют колено, близко соединенное с всасывающим патрубком насоса, что создает плохо развитую схему потока на всасывающем патрубке насоса. [47]

При использовании насоса с двойным всасыванием, соединенного с плотно соединенным коленом, распределение потока к рабочему колесу плохое, что приводит к снижению надежности и производительности. Колено неравномерно делит поток, направляя больше потока наружу колена. Следовательно, одна сторона рабочего колеса с двойным всасыванием получает больше потока с более высокой скоростью потока и давлением, в то время как сторона с недостатком получает сильно турбулентный и потенциально опасный поток. Это ухудшает общую производительность насоса (поставляемый напор, расход и потребление энергии) и вызывает осевой дисбаланс, который сокращает срок службы уплотнения, подшипника и рабочего колеса. [48] Чтобы преодолеть кавитацию: Увеличьте давление всасывания, если это возможно. Уменьшите температуру жидкости, если это возможно. Уменьшите дросселирование на выпускном клапане, чтобы уменьшить расход. Удалите газы из корпуса насоса.

Регулирующие клапаны

Кавитация может возникнуть в регулирующих клапанах . [49] Если фактическое падение давления на клапане, определяемое входным и выходным давлениями в системе, больше, чем позволяют расчеты размеров, может произойти вспышка падения давления или кавитация. Переход из жидкого состояния в парообразное происходит из-за увеличения скорости потока в месте наибольшего ограничения потока или сразу за ним, которым обычно является порт клапана. Для поддержания постоянного потока жидкости через клапан скорость потока должна быть наибольшей в vena contracta или в точке, где площадь поперечного сечения наименьшая. Это увеличение скорости потока сопровождается существенным снижением давления жидкости, которое частично восстанавливается ниже по течению, поскольку площадь увеличивается, а скорость потока уменьшается. Это восстановление давления никогда не происходит полностью до уровня входного давления. Если давление в vena contracta падает ниже давления пара жидкости, в потоке потока образуются пузырьки. Если давление восстанавливается после клапана до давления, которое снова превышает давление пара, то пузырьки пара разрушаются и возникает кавитация.

Водосбросы

Когда вода течет через водосброс плотины , неровности на поверхности водосброса приведут к образованию небольших участков разделения потока в высокоскоростном потоке, и в этих областях давление будет понижено. Если скорости потока достаточно высоки, давление может упасть ниже локального давления паров воды, и образуются пузырьки пара. Когда они переносятся вниз по течению в область высокого давления, пузырьки схлопываются, что приводит к высокому давлению и возможному повреждению кавитацией.

Экспериментальные исследования показывают, что повреждение бетонных желобов и туннельных водосбросов может начаться при скорости потока чистой воды от 12 до 15 м/с (от 27 до 34 миль в час), и до скорости потока 20 м/с (45 миль в час) может быть возможно защитить поверхность путем обтекания границ, улучшения отделки поверхности или использования стойких материалов. [50]

Когда в воде присутствует некоторое количество воздуха, полученная смесь сжимается, и это гасит высокое давление, вызванное схлопыванием пузырьков. [51] Если скорости потока вблизи водосбросного отверстия достаточно высоки, необходимо установить аэраторы (или аэрационные устройства) для предотвращения кавитации. Хотя они были установлены несколько лет назад, механизмы захвата воздуха в аэраторах и медленное движение воздуха от поверхности водосброса все еще представляют собой проблему. [52] [53] [54] [55]

Конструкция устройства аэрации водосброса основана на небольшом отклонении ложа водосброса (или боковой стенки), например, пандуса и смещения для отклонения потока с высокой скоростью потока от поверхности водосброса. В полости, образованной под плеском, создается локальное подпорное давление под плеском, с помощью которого воздух всасывается в поток. Полная конструкция включает в себя отклоняющее устройство (пандус, смещение) и систему подачи воздуха.

Двигатели

Некоторые более крупные дизельные двигатели страдают от кавитации из-за высокой компрессии и недостаточного размера стенок цилиндра . Вибрации стенки цилиндра вызывают чередование низкого и высокого давления в охлаждающей жидкости на стенке цилиндра. Результатом является точечная коррозия стенки цилиндра, которая в конечном итоге приведет к утечке охлаждающей жидкости в цилиндр и утечке газов сгорания в охлаждающую жидкость.

Предотвратить это можно с помощью химических добавок в охлаждающую жидкость, которые образуют защитный слой на стенке цилиндра. Этот слой будет подвергаться той же кавитации, но восстанавливается. 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 новые конструкции меньших бензиновых двигателей также демонстрировали явления кавитации. Одним из ответов на потребность в меньших и более легких двигателях был меньший объем охлаждающей жидкости и соответственно более высокая скорость потока охлаждающей жидкости. Это приводило к быстрым изменениям скорости потока и, следовательно, к быстрым изменениям статического давления в областях высокой теплопередачи. Когда образующиеся пузырьки пара схлопывались на поверхность, они сначала разрушали защитные оксидные слои (литых алюминиевых материалов), а затем многократно повреждали вновь образованную поверхность, предотвращая действие некоторых типов ингибиторов коррозии (например, ингибиторов на основе силикатов). Последней проблемой было влияние повышенной температуры материала на относительную электрохимическую реактивность основного металла и его легирующих компонентов. Результатом были глубокие ямки, которые могли образовываться и проникать в головку двигателя в течение нескольких часов, когда двигатель работал с высокой нагрузкой и высокой скоростью. Этих эффектов можно было в значительной степени избежать, используя органические ингибиторы коррозии или (предпочтительно) проектируя головку двигателя таким образом, чтобы избежать определенных условий, вызывающих кавитацию.

В природе

Геология

Некоторые гипотезы [ кем? ] [ нужен пример ], касающиеся образования алмазов , предполагают возможную роль кавитации, а именно кавитации в кимберлитовых трубках, создающей экстремальное давление, необходимое для превращения чистого углерода в редкий аллотроп , которым является алмаз. Самые громкие три звука, когда-либо зарегистрированные во время извержения Кракатау в 1883 году , теперь [ когда? ] понимаются как взрывы трех огромных кавитационных пузырей, каждый из которых был больше предыдущего, образовавшихся в жерле вулкана. Поднимающаяся магма, наполненная растворенными газами и находящаяся под огромным давлением, столкнулась с другой магмой, которая легко сжималась, позволяя пузырям расти и объединяться. [56] [57]

Сосудистые растения

Кавитация может происходить в ксилеме сосудистых растений . [58] [59] Сок испаряется локально , так что либо элементы сосудов, либо трахеиды заполняются водяным паром. Растения способны восстанавливать кавитированную ксилему несколькими способами. Для растений высотой менее 50 см корневое давление может быть достаточным для повторного растворения пара. Более крупные растения направляют растворенные вещества в ксилему через лучевые клетки или в трахеидах через осмос через окаймленные ямки . Растворенные вещества притягивают воду, давление повышается, и пар может повторно растворяться. У некоторых деревьев слышен звук кавитации, особенно летом, когда скорость эвапотранспирации самая высокая. Некоторые лиственные деревья вынуждены сбрасывать листья осенью отчасти потому, что кавитация увеличивается по мере понижения температуры. [59]

Распространение спор в растениях

Кавитация играет роль в механизмах распространения спор некоторых растений. Например, у папоротников спорангий папоротника действует как катапульта, которая запускает споры в воздух. Фаза зарядки катапульты приводится в действие испарением воды из клеток кольца , что вызывает снижение давления. Когда сжимающее давление достигает приблизительно 9 МПа , происходит кавитация. Это быстрое событие запускает распространение спор из-за упругой энергии , высвобождаемой структурой кольца. Начальное ускорение спор чрезвычайно велико — до 10 5 раз больше ускорения силы тяжести . [60] 

Морская жизнь

Подобно тому, как кавитационные пузырьки образуются на быстро вращающемся лодочном винте, они могут также образовываться на хвостах и ​​плавниках водных животных. Это в основном происходит вблизи поверхности океана, где давление окружающей воды низкое.

Кавитация может ограничивать максимальную скорость плавания мощных плавающих животных, таких как дельфины и тунцы . [61] Дельфинам, возможно, придется ограничить свою скорость, потому что схлопывание кавитационных пузырьков на их хвосте болезненно. У тунцов костные плавники без нервных окончаний, и они не чувствуют боли от кавитации. Они замедляются, когда кавитационные пузырьки создают паровую пленку вокруг их плавников. На тунце были обнаружены повреждения, которые соответствуют кавитационным повреждениям. [62]

Некоторые морские животные нашли способы использовать кавитацию в своих интересах при охоте на добычу. Креветка-пистолет щелкает специализированной клешней, чтобы создать кавитацию, которая может убить мелкую рыбу. Креветка-богомол ( разновидность сокрушитель ) также использует кавитацию, чтобы оглушить, разбить или убить моллюска, которым она пирует. [63]

Лисьи акулы используют «удары хвостом», чтобы ослабить свою добычу в виде мелкой рыбы, а также наблюдают кавитационные пузырьки, поднимающиеся из вершины хвостовой дуги. [64] [65]

Эрозия побережья

В последние полдесятилетия [ когда? ] береговая эрозия в форме инерционной кавитации была общепризнанной. [66] Пузырьки в набегающей волне вдавливаются в трещины в скале, подвергающейся эрозии. Изменяющееся давление декомпрессирует некоторые паровые карманы, которые впоследствии взрываются. Возникающие пики давления могут разнести части скалы.

История

Еще в 1754 году швейцарский математик Леонард Эйлер (1707–1783) размышлял о возможности кавитации. [67] В 1859 году английский математик Уильям Генри Безант (1828–1917) опубликовал решение задачи о динамике коллапса сферической полости в жидкости, которая была представлена ​​англо-ирландским математиком Джорджем Стоксом (1819–1903) как одна из проблем и задач Сената Кембриджа [университета] на 1847 год. [68] [69] [70] В 1894 году ирландский специалист по динамике жидкостей Осборн Рейнольдс (1842–1912) изучал образование и коллапс пузырьков пара в кипящих жидкостях и в суженных трубках. [71]

Термин «кавитация» впервые появился в 1895 году в статье Джона Айзека Торникрофта (1843–1928) и Сидни Уокера Барнаби (1855–1925) — сына сэра Натаниэля Барнаби (1829–1915), который был главным конструктором Королевского флота, — которому он был предложен британским инженером Робертом Эдмундом Фрудом (1846–1924), третьим сыном английского гидродинамика Уильяма Фруда (1810–1879). [72] [73] Ранние экспериментальные исследования кавитации были проведены в 1894–1895 годах Торникрофтом и Барнаби, а также англо-ирландским инженером Чарльзом Алджерноном Парсонсом (1854–1931), который сконструировал стробоскопический аппарат для изучения этого явления. [74] [75] [76] Торникрофт и Барнаби были первыми исследователями, которые наблюдали кавитацию на задней стороне лопастей пропеллера. [77]

В 1917 году британский физик лорд Рэлей (1842–1919) расширил работу Безант, опубликовав математическую модель кавитации в несжимаемой жидкости (игнорируя поверхностное натяжение и вязкость), в которой он также определил давление в жидкости. [78] Математические модели кавитации, разработанные британским инженером Стэнли Смитом Куком (1875–1952) и лордом Рэлеем, показали, что схлопывающиеся пузырьки пара могут создавать очень высокие давления, способные вызывать повреждения, которые наблюдались на винтах кораблей. [79] [80] Экспериментальные доказательства кавитации, вызывающей столь высокие давления, были первоначально собраны в 1952 году Марком Харрисоном (специалистом по гидродинамике и акустике в модельном бассейне Дэвида Тейлора ВМС США в Кардероке, штат Мэриленд, США), который использовал акустические методы, а в 1956 году Вернфридом Гютом (физиком и акустиком Геттингенского университета, Германия), который использовал оптическую шлирен-фотографию . [81] [82] [83]

Взрыв кавитационного пузырька приводит к тому, что высокоскоростная струя жидкости ударяется о 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. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, Санкт-Петербург, Россия) предположили, что во время кавитации пузырьки вблизи твердой поверхности не схлопываются симметрично; вместо этого на пузырьке в точке, противоположной твердой поверхности, образуется ямка, и эта ямка превращается в струю жидкости. Эта струя жидкости повреждает твердую поверхность. [84] Эта гипотеза была поддержана в 1951 году теоретическими исследованиями Мориса Раттрея-младшего, докторанта Калифорнийского технологического института . [85] Гипотеза Корнфельда и Суворова была подтверждена экспериментально в 1961 году Чарльзом Ф. Ноде и Альбертом Т. Эллисом, специалистами по гидродинамике Калифорнийского технологического института. [86]

Цикл экспериментальных исследований распространения сильной ударной волны (УВ) в жидкости с пузырьками газа, позволивший установить основные закономерности процесса, механизм преобразования энергии УВ, затухания УВ и формирования структуры, а также эксперименты по анализу затухания волн в пузырьковых завесах с различными акустическими свойствами были начаты пионерскими работами советского ученого проф. В.Ф. Минина в Институте гидродинамики (г. Новосибирск, Россия) в 1957–1960 гг., который также рассмотрел первую удобную модель завесы — последовательность чередующихся плоских одномерных слоев жидкости и газа. [87] В экспериментальных исследованиях динамики формы пульсирующих газовых полостей и взаимодействия УВ с пузырьковыми облаками в 1957–1960 гг. В.Ф. Минин обнаружил, что под действием УВ пузырек схлопывается асимметрично с образованием кумулятивной струи, которая формируется в процессе схлопывания и вызывает дробление пузырька. [87]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ «ВМС США тайно разработали сверхбыстрый футуристический самолет, напоминающий НЛО». 18 апреля 2019 г.
  2. ^ Asnaghi, Abolfazl; Bensow, Rickard E. (2020). "Влияние шероховатости передней кромки на моделирование кавитации вокруг скрученной фольги". Fluids . 5 (4): 243. Bibcode :2020Fluid...5..243A. doi : 10.3390/fluids5040243 .
  3. ^ Paun, Viorel-Puiu & Patrascoiu, Constantin (3 января 2010 г.). «Идеальный процесс кавитационной эрозии и характерные кривые эрозии». Revista de Chimie - Бухарест - Оригинальное издание . 61 (3): 281 – через Research Gate.{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  4. ^ Рисс, П.; Бердаль, Д.; Кристман, КЛ (1985). «Генерация свободных радикалов ультразвуком в водных и неводных растворах». Перспективы охраны окружающей среды . 64 : 233–252. doi :10.2307/3430013. JSTOR  3430013. PMC 1568618. PMID  3007091 . 
  5. ^ Бреннен, Кристофер. «Кавитация и динамика пузырьков» (PDF) . Oxford University Press. стр. 21. Архивировано (PDF) из оригинала 2012-10-04 . Получено 2015-02-27 .
  6. ^ Postema M, de Jong N, Schmitz G (сентябрь 2005 г.). «Порог разрыва оболочки, порог фрагментации, порог Блейка». Симпозиум IEEE Ultrasonics, 2005 г. Том 3. Роттердам, Нидерланды. стр. 1708–1711. doi :10.1109/ULTSYM.2005.1603194. ISBN 0-7803-9382-1. S2CID  5683516.{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
  7. ^ Carlson CS, Matsumoto R, Fushino K, Shinzato M, Kudo N, Postema M (2021). «Порог зародышеобразования контрастного вещества для ультразвуковой диагностики сажи». Японский журнал прикладной физики . 60 (SD): SDDA06. Bibcode : 2021JaJAP..60DDA06C. doi : 10.35848/1347-4065/abef0f . S2CID  233539493.
  8. ^ Gevari, Moein Talebian; Abbasiasl, Taher; Niazi, Soroush; Ghorbani, Morteza; Koşar, Ali (5 мая 2020 г.). «Прямые и косвенные тепловые применения гидродинамической и акустической кавитации: обзор». Applied Thermal Engineering . 171 : 115065. Bibcode : 2020AppTE.17115065G. doi : 10.1016/j.applthermaleng.2020.115065. ISSN  1359-4311. S2CID  214446752.
  9. ^ Gevari, Moein Talebian; Shafaghi, Ali Hosseinpour; Villanueva, Luis Guillermo; Ghorbani, Morteza; Koşar, Ali (январь 2020 г.). «Внедрение элемента инженерной боковой шероховатости и изменение рабочей жидкости для интенсификации гидродинамических кавитационных потоков на чипе для сбора энергии». Micromachines . 11 (1): 49. doi : 10.3390/mi11010049 . PMC 7019874 . PMID  31906037. 
  10. ^ СТОПАР, ДЭВИД. "ГИДРОДИНАМИЧЕСКАЯ КАВИТАЦИЯ" . Получено 17.01.2020 .
  11. ^ Мохолкар, Виджаянанд С.; Пандит, Анируддха Б. (1997). «Поведение пузырьков в гидродинамической кавитации: эффект турбулентности». Журнал Айше . 43 (6): 1641–1648. Бибкод :1997АИЧЕ..43.1641М. дои : 10.1002/aic.690430628.
  12. ^ Гельмгольц, Герман фон (1868). «Über discontinuierliche Flüssigkeits-Bewegungen» [О прерывистом движении жидкостей]. Monatsberichte der Königlichen Preussische Akademie des Wissenschaften zu Berlin (Ежемесячные отчеты Королевской прусской академии наук в Берлине) (на немецком языке). 23 : 215–228.
  13. ^ Биркгофф, Г., Зарантонелло. Э. (1957) Струи, следы и каверны. Нью-Йорк: Academic Press. 406 с.
  14. ^ Гуревич, М.И. (1978) Теория струй идеальной жидкости. Наука, Москва, 536 с.
  15. ^ Логвинович, Г. В. (1969) Гидродинамика течений со свободными границами. Наукова думка, Киев, 215 с.
  16. ^ Кнапп, Р. Т., Дайли, Дж. В., Хэммит, Ф. Г. (1970) Кавитация. Нью-Йорк: Mc Graw Hill Book Company. 578 стр.
  17. ^ Эпштейн, Л. А. (1970) Методы размерности и подобия в задачах гидромеханики судов. Судостроение, Ленинград, 208 с.
  18. ^ Терентьев, А., Киршнер, И., Ульман, Дж. (2011) Гидродинамика кавитирующих потоков. Backbone Publishing Company, 598 стр.
  19. ^ Олег Козюк; Arisdyne Systems Inc.; Патент США US 7,667,082 B2; Устройство и способ увеличения выхода спирта из зерна
  20. ^ Gogate, PR; Kabadi, AM (2009). «Обзор применений кавитации в биохимической инженерии/биотехнологии». Biochemical Engineering Journal . 44 (1): 60–72. Bibcode : 2009BioEJ..44...60G. doi : 10.1016/j.bej.2008.10.006.
  21. ^ «Асимметричное расположение электродов аэродинамического плазменного актуатора. | Загрузить научную схему».
  22. ^ "(PDF) Одновременное исследование влияния гибкости и плазменного возбуждения на аэродинамические характеристики колеблющегося аэродинамического профиля".
  23. ^ «Аэродинамическая кавитация для самолетов».
  24. ^ "Edible Oil Refining". Cavitation Technologies, Inc. Архивировано из оригинала 29-01-2016 . Получено 04-01-2016 .
  25. ^ "Исследователи Sandia раскрывают тайну притягательных поверхностей". Sandia National Laboratories . 2 августа 2006 г. Архивировано из оригинала 2007-10-17 . Получено 2007-10-17 .
  26. ^ Пищальников, Ю. А.; Сапожников, О. А.; Бейли, М. Р.; Уильямс-младший, Дж. К.; Кливленд, Р. О.; Колониус, Т.; Крам, Л. А.; Эван, А. П.; Макатир, Дж. А. (2003). «Активность кавитационных пузырьков при разрушении почечных камней ударными волнами литотриптера». Журнал эндоурологии . 17 (7): 435–446. doi :10.1089/089277903769013568. PMC 2442573. PMID  14565872 . 
  27. ^ «Мичиганский университет. Группа терапевтического ультразвука, кафедра биомедицинской инженерии, Мичиганский университет».
  28. ^ Чу, По-Чун; Чай, Вэнь-Йен; Цай, Чи-Хун; Кан, Ши-Цун; Йе, Чи-Куан; Лю, Хао-Ли (2016). «Открытие гематоэнцефалического барьера, вызванное фокусированным ультразвуком: связь с механическим индексом и индексом кавитации, проанализированная с помощью динамической контрастной магнитно-резонансной томографии». Scientific Reports . 6 : 33264. Bibcode :2016NatSR...633264C. doi :10.1038/srep33264. PMC 5024096 . PMID  27630037. 
  29. ^ Рабкин, Брайан А.; Здерич, Весна; Ваези, Шахрам (1 июля 2005 г.). «Гиперэхо в ультразвуковых изображениях HIFU-терапии: участие кавитации». Ультразвук в медицине и биологии . 31 (7): 947–956. doi :10.1016/j.ultrasmedbio.2005.03.015. ISSN  0301-5629. PMID  15972200.
  30. ^ Стефанопулос, Панайотис К.; Микрос, Джордж; Пиниалидис, Дионисиос Э.; Ойкономакис, Иоаннис Н.; Циатис, Николаос Э.; Янзон, Бо (1 сентября 2009 г.). «Ранная баллистика пуль военных винтовок: обновление спорных вопросов и связанных с ними заблуждений». Журнал травматологии и неотложной хирургии . 87 (3): 690–698. doi :10.1097/TA.0000000000002290. PMID  30939579. S2CID  92996795.
  31. ^ "Physio Montreal Article "Ultrasound"" (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 2003-03-09.
  32. ^ Ансворт, А.; Доусон, Д.; Райт, В. (июль 1971 г.). «'Хрустящие суставы'. Биоинженерное исследование кавитации в пястно-фаланговом суставе». Annals of the Rheumatic Diseases . 30 (4): 348–58. doi :10.1136/ard.30.4.348. PMC 1005793. PMID  5557778. 
  33. ^ Хаузер-Гершпах, Ирмгард; Вадасан, Ясминка; Деронжич, Ирма; Гасс, Катиана; Мейер, Юрг; Дард, Мишель; Вальтимо, Туомас; Штюбингер, Стефан; Маут, Коринна (13 августа 2011 г.). «Влияние газообразного озона на периимплантит: бактерицидная эффективность и клеточный ответ. Исследование in vitro с использованием титана и циркония». Clinical Oral Investigations . 16 (4): 1049–1059. doi :10.1007/s00784-011-0603-2. ISSN  1432-6981. PMID  21842144. S2CID  10747305.
  34. ^ «Как пищевая промышленность использует кавитацию — самый мощный удар океана». NPR . Получено 13 декабря 2017 г.
  35. ^ "Применение контролируемой кавитации потока при переработке масел и жиров" (PDF) . arisdyne systems. Архивировано (PDF) из оригинала 2022-05-15 . Получено 2022-05-19 .
  36. ^ "Патент США на методы снижения образования мыла при очистке растительного масла (Патент № 10,968,414, выдан 6 апреля 2021 г.) - Поиск патентов Justia". patents.justia.com .
  37. ^ "Патент США на системы дегуммирования масла (Патент № 10,344,246, выдан 9 июля 2019 г.) - Поиск патентов Justia". patents.justia.com .
  38. ^ "Патент США на метод дегуммирования растительного масла (Патент № 9,845,442, выдан 19 декабря 2017 г.) - Поиск патентов Justia". patents.justia.com .
  39. ^ "Патент США на метод снижения потерь нейтрального масла во время этапа нейтрализации (Патент № 9,765,279, выдан 19 сентября 2017 г.) - Поиск патентов Justia". patents.justia.com .
  40. ^ Arisdyne Systems (27 апреля 2012 г.). «Hero BX использует технологию кавитации для снижения использования катализатора, моно». Журнал Biodiesel . Получено 19 мая 2022 г.
  41. ^ "Патент США на процесс производства биодизеля (Патент № 9,000,244, выдан 7 апреля 2015 г.) - Поиск патентов Justia". patents.justia.com .
  42. ^ "Заявка на патент США на ПРОЦЕСС УЛУЧШЕННОГО БИОДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА Заявка на патент (Заявка № 20100175309, выданная 15 июля 2010 г.) - Поиск патентов Justia". patents.justia.com .
  43. ^ Бакленд, HC; Бейкер, T.; Орм, JAC; Мастерс, I. (2013). «Возникновение кавитации и ее моделирование в теории импульса элемента лопатки для моделирования турбин с приливным потоком». Труды Института инженеров-механиков, часть A: Журнал энергетики и энергетики . 227 (4): 479–485. Bibcode : 2013PIMEA.227..479B. doi : 10.1177/0957650913477093. S2CID  110248049.
  44. ^ Фудзисава, Нобуюки; Фудзита, Ясуаки; Янагисава, Кейта; Фудзисава, Кей; Ямагата, Такаюки (1 июня 2018 г.). «Одновременное наблюдение кавитационного коллапса и образования ударной волны в кавитирующей струе». Experimental Thermal and Fluid Science . 94 : 159–167. Bibcode :2018ETFS...94..159F. doi :10.1016/j.expthermflusci.2018.02.012. ISSN  0894-1777.
  45. ^ Stachowiak, GW; Batchelor, AW (2001). Инженерная трибология . Elsevier. стр. 525. Bibcode :2005entr.book.....W. ISBN 978-0-7506-7304-4.
  46. ^ Келтон, Сэм (16 мая 2017 г.). «Распространенные причины кавитации в насосах». Компоненты треугольного насоса. Архивировано из оригинала 2018-07-16 . Получено 2018-07-16 .
  47. ^ Голомб, Ричард. «Новая конструкция выхлопной трубы для газовых турбин GE рамного типа для существенного снижения потерь давления». Американское общество инженеров-механиков . Получено 2012-08-02 .
  48. ^ Целлюлозно-бумажная промышленность (1992), Daishowa сокращает техническое обслуживание насосов, устанавливая вращающиеся лопасти для жидкости
  49. ^ Emerson Process Management (2005), Справочник по регулирующим клапанам, 4-е издание, стр. 136
  50. ^ Vokart, P.; Rutschamnn, P. (1984). Kobus, H. (ред.). Быстрый поток в водосбросных желобах с дефлекторами и без них — сравнение модели и прототипа . Proc. Intl. Symp. on Scale Effects in Modelling Hydraulic Structures, IAHR, Эсслинген, Германия. статья 4.5.
  51. ^ Петерка, А. Дж. (1953). «Влияние вовлеченного воздуха на кавитационное точечное образование». Совместный доклад IAHR/ASCE, Миннеаполис, Миннесота, август 1953 г. , стр. 507–518.
  52. ^ Чансон, Х. (1989). «Исследование устройств для вовлечения воздуха и аэрации». Журнал гидравлических исследований . 27 (3): 301–319. Bibcode : 1989JHydR..27..301C. doi : 10.1080/00221688909499166. ISSN  0022-1686.
  53. ^ Чансон, Х. (1989). «Поток вниз по течению от аэратора. Расстояние между аэраторами». Журнал гидравлических исследований . 27 (4): 519–536. Bibcode : 1989JHydR..27..519C. doi : 10.1080/00221688909499127. ISSN  0022-1686.
  54. ^ Чансон, Х. (июнь 1994 г.). «Аэрация и деаэрация в устройствах аэрации на дне водосбросов». Канадский журнал гражданского строительства . 21 (3): 404–409. doi :10.1139/l94-044. ISSN  0315-1468.
  55. ^ Чансон, Х. (1995). «Прогнозирование заполнения вентилируемых полостей за водосбросными аэраторами». Журнал гидравлических исследований . 33 (3): 361–372. Bibcode : 1995JHydR..33..361C. doi : 10.1080/00221689509498577. ISSN  0022-1686.
  56. ↑ Гавайская вулканологическая обсерватория (25 мая 2017 г.). «Volcano Watch — Volcanoes, Landslides, and Angry Gods — A Pacific Northwest Connection». Volcano Watch . USGS . Получено 28.05.2017 .[ требуется проверка ]
  57. ^ Симакин, Александр Г.; Гассеми, Ахмад (2018). «Механика магматического очага с учетом эффекта потока CO2». В Айелло, Джемма (ред.). Вулканы: геологические и геофизические условия, теоретические аспекты и численное моделирование, применение в промышленности и их влияние на здоровье человека . BoD – Книги по запросу. стр. 176. ISBN 978-1-7892-3348-3. Получено 2020-04-30 .
  58. ^ Капен, Фредерик; Герберт, Эрик (2006). «Кавитация в воде: обзор». Comptes Rendus Physique . 7 (9–10): 1000–1017. Бибкод : 2006CRPhy...7.1000C. дои : 10.1016/j.crhy.2006.10.015.
  59. ^ ab Sperry, JS; Saliendra, NZ; Pockman, WT; Cochard, H.; Cuizat, P.; Davis, SD; Ewers, FW; Tyree, MT (1996). «Новые доказательства больших отрицательных давлений ксилемы и их измерение методом камеры давления». Plant Cell Environ . 19 : 427–436. doi :10.1111/j.1365-3040.1996.tb00334.x.
  60. ^ Noblin, X.; Rojas, NO; Westbrook, J.; Llorens, C.; Argentina, M.; Dumais, J. (2012). "The Fern Sporangium: A Unique Catapult" (PDF) . Science . 335 (6074): 1322. Bibcode :2012Sci...335.1322N. doi :10.1126/science.1215985. ISSN  0036-8075. PMID  22422975. S2CID  20037857. Архивировано (PDF) из оригинала 2019-05-04.
  61. ^ Брахик, Кэтрин (28 марта 2008 г.). «Дельфины плавают так быстро, что это причиняет боль». New Scientist . Получено 31.03.2008 .
  62. ^ Иосилевский, Г.; Вайс, Д. (2008). «Ограничения скорости при плавании рыб и китообразных». Журнал интерфейса Королевского общества . 5 (20): 329–338. doi :10.1098/rsif.2007.1073. ISSN  1742-5689. PMC 2607394. PMID  17580289 . 
  63. ^ Патек, Шейла. «Шейла Патек измеряет самых быстрых животных». TED . Получено 18.02.2011 .
  64. ^ Циклирас, Афанассиос К.; Оливер, Саймон П.; Тернер, Джон Р.; Ганн, Клеменс; Сильвоса, Медель; Д'Урбан Джексон, Тим (2013). «Акулы-молотилки используют удары хвостом как стратегию охоты». PLOS ONE . 8 (7): e67380. Bibcode : 2013PLoSO...867380O. doi : 10.1371/journal.pone.0067380 . ISSN  1932-6203. PMC 3707734. PMID  23874415 . 
  65. ↑ Архивировано в Ghostarchive и Wayback Machine: «АКУЛЫ-МОЛОТКИ УБИВАЮТ ДОБЫЧУ ХВОСТОМ». YouTube . 12 июля 2013 г.
  66. ^ Паницца, Марио (1996). Геоморфология окружающей среды . Амстердам; Нью-Йорк: Elsevier. С. 112–115. ISBN 978-0-444-89830-2.
  67. ^ Эйлер (1754). «Теория плюс полная теория машин, которые приводятся в движение реакцией на воду». Mémoires de l'Académie Royale des Sciences et Belles-Letres (Берлин) (на французском языке). 10 : 227–295.См. §LXXXI, стр. 266–267. Из стр. 266: «Il pourroit donc прибывает, когда давление ан M devint même négative, & alors l’eau оставит les parois du tuyau, & y laisseroit un vuide, si elle n’étoit pas comprimée par le poids de l’atmosphère». (Поэтому могло случиться так, что давление в М могло бы даже стать отрицательным, и тогда вода оторвалась бы от стенок трубы и оставила бы там пустоту, если бы она не была сжата тяжестью атмосферы.)
  68. ^ Безант, WH (1859). Трактат о гидростатике и гидродинамике. Кембридж, Англия: Deighton, Bell, and Co., стр. 170–171.
  69. ^ (Кембриджский университет) (1847). «Экзамен сената на получение степени с отличием, 1847». Экзамены на получение степени бакалавра искусств, Кембридж, январь 1847 г. Лондон, Англия: Джордж Белл. стр. 13, задача 23.
  70. ^ Кравотто и Синтас (2012), с. 26.
  71. ^ См.:
    • Рейнольдс, Осборн (1894). «Эксперименты, показывающие кипение воды в открытой трубке при обычных температурах». Отчет шестьдесят четвертого заседания Британской ассоциации содействия развитию науки, состоявшегося в Оксфорде в августе 1894 года . 64 : 564.
    • Рейнольдс, Осборн (1901). «Эксперименты, показывающие кипение воды в открытой трубке при обычных температурах». Papers on Mechanical and Physical Subjects . Vol. 2. Кембридж, Англия: Cambridge University Press. Стр. 578–587.
  72. ^ Торникрофт, Джон Айзек; Барнаби, Сидней Уокер (1895). «Морпедные катера-эсминцы». Протоколы заседаний Института инженеров-строителей . 122 (1895): 51–69. doi :10.1680/imotp.1895.19693.Со стр. 67: ««Кавитация», как г-н Фруд предложил авторам назвать это явление, …»
  73. ^ Cravotto, Giancarlo; Cintas, Pedro (2012). "Глава 2. Введение в сонохимию: исторический и концептуальный обзор". В Chen, Dong; Sharma, Sanjay K.; Mudhoo, Ackmez (ред.). Справочник по применению ультразвука: сонохимия для устойчивого развития . Бока-Ратон, Флорида, США: CRC Press. стр. 27. ISBN 9781439842072.
  74. ^ Барнаби, Синдей В. (1897). «Об образовании полостей в воде винтовыми винтами на высоких скоростях». Труды Королевского института военно-морских архитекторов . 39 : 139–144.
  75. ^ Парсонс, Чарльз (1897). «Применение составной паровой турбины для целей морского движения». Труды Королевского института военно-морских архитекторов . 38 : 232–242.Стробоскоп описан на стр. 234: «Винт [т. е. пропеллер] освещался светом дуговой лампы, отраженным от вращающегося зеркала, прикрепленного к валу винта, который падал на него только в одной точке вращения, и таким образом можно было ясно видеть и прослеживать форму, вид и рост полостей, как если бы они были неподвижны».
  76. ^ См.:
    • Парсонс, Чарльз А. (1934) «Движущая сила — высокоскоростные навигационные паровые турбины [обращение к Королевскому институту Великобритании, произнесенное 26 января 1900 г.]». Парсонс, Г. Л. (ред.). Научные труды и выступления достопочтенного сэра Чарльза А. Парсонса . Кембридж, Англия: Издательство Кембриджского университета. стр. 26–35.
    • Парсонс, Чарльз А. (1913). «Экспериментальная аппаратура, демонстрирующая кавитацию в винтовых винтах». Труды — Северо-восточный институт инженеров и судостроителей . 29 : 300–302.
    • Ричардсон, Александр (1911). Эволюция паровой турбины Парсонса. Лондон, Англия: офисы «Инжиниринг». С. 72–76.
    • Burrill, LC (1951). «Сэр Чарльз Парсон и кавитация». Труды Института морских инженеров . 63 : 149–167.
  77. ^ Драйден, Хью Л.; Мурнаган, Фрэнсис Д.; Бейтман, Х. (1932). «Отчет Комитета по гидродинамике. Отделение физических наук. Национальный исследовательский совет». Бюллетень Национального исследовательского совета (84): 139.
  78. ^ Рэлей (1917). «О давлении, развиваемом в жидкости при схлопывании сферической полости». Philosophical Magazine . 6-я серия. 34 (200): 94–98. doi :10.1080/14786440808635681.
  79. ^ См., например, (Рэйли, 1917), стр. 98, где, если P — гидростатическое давление на бесконечности, то схлопывающийся пузырёк пара может создать давление до 1260×P.
  80. ^ 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 исследования износа («эрозии») корабельных винтов. Эрозия была приписана в первую очередь кавитации. См.:
    • «Эрозия винтов». Подкомитет по винтам (секция 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 винтов». Труды Института военно-морских архитекторов . 61 : 223–247.
    • Парсонс, Чарльз А.; Кук, Стэнли С. (18 апреля 1919 г.). «Исследования причин коррозии или эрозии винтов». Инженерное дело . 107 : 515–519.
    • Гибб, Клод (ноябрь 1952 г.). «Стэнли Смит Кук. 1875-1952». Некрологи членов Королевского общества . 8 (21): 118–127. doi :10.1098/rsbm.1952.0008. S2CID  119838312.; см. стр. 123–124.
  81. ^ Харрисон, Марк (1952). «Экспериментальное исследование шума кавитации одиночного пузырька». Журнал Акустического общества Америки . 24 (6): 776–782. Bibcode : 1952ASAJ...24..776H. doi : 10.1121/1.1906978.
  82. ^ Гют, Вернфрид (1956). «Entstehung der Stoßwellen bei der Kavitation» [Происхождение ударных волн при кавитации]. Акустика (на немецком языке). 6 : 526–531.
  83. ^ Крель, Питер OK (2009). История ударных волн, взрывов и ударов: хронологическая и биографическая справка. Берлин и Гейдельберг, Германия: Springer Verlag. стр. 461. ISBN 9783540304210.
  84. ^ Корнфельд, М.; Суворов, Л. (1944). «О разрушительном действии кавитации». Журнал прикладной физики . 15 (6): 495–506. Bibcode :1944JAP....15..495K. doi :10.1063/1.1707461.
  85. ^ Раттрей, Морис, младший (1951) Эффекты возмущения в динамике кавитационных пузырьков. Кандидатская диссертация, Калифорнийский технологический институт (Пасадена, Калифорния, США).
  86. ^ Naudé, Charles F.; Ellis, Albert T. (1961). «О механизме кавитационного повреждения неполусферическими полостями в контакте с твердой границей» (PDF) . Journal of Basic Engineering . 83 (4): 648–656. doi :10.1115/1.3662286. S2CID  11867895. Архивировано (PDF) из оригинала 24.07.2018. Доступно по адресу: Калифорнийский технологический институт (Пасадена, Калифорния, США). [ постоянная неработающая ссылка ]
  87. ^ ab Шипилов, С.Е.; Якубов, В.П. (2018). «История технической защиты. 60 лет в науке: к юбилею проф. В.Ф. Минина». IOP Conf. Серия: Материаловедение и инженерия . 363 (12033). IOP Publishing : 012033. Bibcode : 2018MS&E..363a2033S. doi : 10.1088/1757-899X/363/1/012033 .

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки

Найдите понятие «кавитация» в Викисловаре, бесплатном словаре.
На Викискладе есть медиафайлы по теме «Кавитация» .