на легкую тяжелую фракции, предусматривает общее воздействие
на поток разделяемой среды центробежного и гравитационного по-
лей отличающийся тем, что с целью повышения эффективности, по-
ток разделяемой среды при воздействии на него центробежного и
гравитационного полей перемещают ввиде ряда, например, парал-
лельных слоев с расстоянием между слоями, меньшими величины
диаметра частиц тяжелой фракции, и последовательно возрастаю-
щими при переходе от одного слоя к другому, скоростями обеспе-
чивающими градиент скорости, направленной перпендикулярно пе-
ремещению слоев жидкости и создающий вращение частиц тяжелой
фракции вокруг своей оси, и гидродинамическую подьемную силу,
например силу эффекта Магнуса.
4.6. Дросселирование жидкостей и газов.
Дросселирование - расширение жидкости, пара или газа при
прохождении через дроссель - местное гидродинамическое сопро-
тивление (сужение трубопровода, вентиль, кран и другие), соп-
ровождающиеся изменением температур. Дросселирование широко
применяется для измерения и регулирования расхода жидкостей
газов.
4.6.1. Э ф ф е к т Д ж о у л я - Т о м с о н а.
(Дроссельэффект) заключается в изменении температуры газа
при его адиабатическом (без теплообмена с окружающей средой)
дросселировании, т.е. протекании через пористую перегородку,
диафрагму или вентель. Эффект называется положительным, если
температура газа при адиабатическом дросселировании понижает-
ся, и отрицательным, если она повышается. Для каждого реально-
го газа существует точка инверсии - значение температуры при
которой измеряется знак эффекта. Для воздуха и многих других
газов точка инверсии лежит выше комнатной температуры и они
охлаждаются в процессе Джоуля-Томсона. Дросселирование - один
из основных процессов, применяемых в технике снижения газов и
получения сверхнизких температур.
А.с.257801: Способ определения термодинамических величин
газов, например, энтальции, путем термостатирования исходного
газа, дросселирования его с последующим измерением тепла, под-
веденного к газу, отличающийся тем, что с целью определения
термодинамических величин газов с отрицательным эффектом Джоу-
ля-Томсона, газ после дросселирования охлаждают до первона-
чальной температуры, затем нагревают до температуры после
дросселя с измерением подведенного к нему тепла и по известным
соотношениям определяют искомые величины.
4.7. Гидравлические удары.
Быстрое перекрытие трубопровода с движущейся жидкостью
вызывает резкое повышение давления, которое распределяет упру-
гой волны сжатия по трубопроводу против течения жидкости. Эта
волна несет с собой энергию, полученную за счет кинетической
энергии жидкости. Подход волны к какому-нибудь препятствию
(изгибу трубопровода, задвижке и т.д.) вызывает явление гид-
равлического удара. Ослабление гидравлического удара может
быть достигнуто или увеличением времени перекрытия, или же
включением каких-либо, демпферов поглощающих энергию волны.
Для увеличения силы удара целесообразно применять жидкости без
неоднородностей и мгновенные перекрытия. Обычно вслед за гид-
равлическим ударом следует удар кавитационный, возникающий из-
за понижения давления за фронтом ударной волны сжатия (о кави-
тации смотри раздел 4.8). Волны сжатия в жидкости возникают
также при различного рода врывных явлениях в движущейся или
покоящейся жидкости (глубинные бомбы).
Патент США N 3118417: Способ укрепления морского якоря
заключается в следующем. Подвижной якорь опускают в воду над
тем местом, где он должен быть поставлен. Поток воду через
расположенную над якорем колонну поступает в ограниченную по-
лость где давление меньше давления жидкости в колонне и в ок-
ружающей среде. Резко остановленный поток воды передает гид-
равлический удар на якорь, что обеспечивает введение
последнего в грунт.
А.с. N 269045: Способ повышения динамической устойчивости
энергосистемы при аварии на линии электропередач путем сниже-
ния мощности гидротурбины, отличающийся тем, что с целью
уменьшения напора перед гидротурбиной создают отрица гидравли-
ческий удар путем отвода части потока, например в резервуаре.
А.с. N 348806: Способ размерной электрохимической обра-
ботки с регулированием рабочего зазора путем переодического
соприкосновения электродов с последующим отводом электрода -
инструмента на заданную величину, отличающийся тем, что для
отвоинструмента используют силу гидравлического удара, возни-
кающего в электролите, подаваемом в рабочий зазор.
4.7.1. Электро - гидравлический удар.
Волну сжатия в жидкости можно вызвать также мощным им-
пульсным электрическим разрядом между электродами, помещенными
в жидкость (электрогидравлический эффект Юткина). Чем круче
фронт электрического импульса, чем менее сжатая жидкость, тем
выше давление в ударе и тем "бризантнее" электрогидравлический
. Электрогидравлический удар применяется при холодной обработ-
ке металлов, приразрушении горных пород, для диамульсации жид-
костей, интенсификации химических реакций и т.д.
Патент США N 3566447: Формирование пластических тел при
помощи гидравлического удара высокой энергии. Патентуется гид-
раввлическая система в которой столб жидкости, находящийся в
баке гидропушки, напрвляется на заготовку. Для проведения жид-
кости в движение в указанном столбе жидкости производят элект-
рический разряд, в результате чего генерируется направленная
на заготовку волна, которая в сочетании с собственным высоким
давлением жидкости осуществляет деформацию заготовки. Скорость
струи напрвляемой на заготовку, составляет от 100 до 10000
м/с.
В США эффект Юткина применяют для очистки электродов от
налипшего на них при электролизе металлов, а в Польше - для
упрочения стальных колец турбогенераторов. При этом стоимость
операций, как правило, снижается.
А.с. N 117562: Способ получения коллоидов металлов и уст-
ройство для осуществления при применении высокого напряжения
за счет электрогидравлического удара между микрочастицами ма-
териала, диспергированного в жидкости.
Ударная волна возникающая в воде при быстром испарении
металлических стержней электрическим током (см. ниже А.с. N
129945) вполне пригодна для разрушения валунов и других креп-
ких материалов, для разбивки бетонных фундаментов, зачистки
окальных оснований гидротехнических сооружений и других работ
связанных с разрушением. Приведенные примеры иллюстрируют при-
менение эффекта. Ниже даны примеры того, каким способом можно
получить или усилить электрогидравлический удар.
В японском патенте N 13120 (1965) описан способ электро-
гидравлической формовки ртутно-серебрянными электродами. При
парименении таких электродов сила ударной волны в воде возрас-
тает, так как к давлению плотной плазмы, образующейся в канале
разряда прибавляется давление паров ртути. Применение этого
способа позволяет заметно уменьшить емкость конденсаторной ба-
тареи.
А.с. N 119074: Устройство для получения свервысоких гид-
равлических давлений предназначенное для осуществления способа
по А.с. N 105011, выполненное ввиде цилиндрической камеры, со-
общенной одним концом с трубопроводом, подающим жидкость, а
другим - с ресивером, отличающееся тем, что с целью создания
электрогидравлических степеней сжатия применены искровые про-
межутки, располагаемы по длине камеры на определенном расстоя-
нии друг от друга.
А.с. N 129945: Способ получения высоких и сверхвысоких
давлений для создания электрогидравлических ударов, отличаю-
щийся тем, что высокие и сверхвысокие давления в жидкости по-
лучают путем испарения в ней действием эмульсного заряда то-
копроводящих элементов в виде проволоки, ленты или трубки,
замыкающих электроды.
4.7.2. С в е т о г и д р а в л и ч е с к и й удар.
Советские физики (А.М.Прохоров, Г.А.Аскарьян и Г.П.Шапи-
ро) установили, что мощные гидравлические волны можно получить
используя луч квантового генератора (открытие N65). Если луч
мощного квантового генератора пропустить через жидкость, то
вся энергия луча поглотится в жидкости, приводя к образованию
ударных волн с давлением, доходящим до миллиона атмосфер. Это
открытие находит, кроме обычных областей применения гидравли-
ческих ударов, очень широкое применение микроэлектронике, для
условий особо чистых поверхностей, для обработки таких матери-
алов и изделий, которые исключают пр электродов и т.д. Исполь-
зуя светогидравлический эффект, можно издалека, дистанционно,
возбуждать в жидкости гидравлические импульсы с помощью луча
света (см. также 17.7).
4.8. K а в и т а ц и я.
Кавитацией называется образование разрывов сплошности
жидкости в результате местного понижения давления. Если пони-
жение давления происходит вследствии возникновения больших
местных скоростей в потоке движущейся капельной жидкости, то
кавитация называется гидродинамической, а если вследствие про-
хождения в жидкости акустических волн, то акустической.
4.8.1. Гидродинамическая кавитация
Возникает в тех участках потока, где давление понижается
до некоторого критического значения. Присутствующие в жидкости
пузырьки газа или пара, двигаясь с потоком жидкости и попадая
в облать давления меньше критического, приобретает способность
к неограниченному росту. После перехода в зону пониженного
давления рост прекращается и пузырьки начинают уменьшаться.
Если пузырьки содержат достаточно много газа, то при достиже-
нии ими минимального радиуса, они восстанавливаются и соверша-
ют несколько циклов затухающих колебаний, а если мало, то пу-
зырек схлопывается полностью в первом цикле.
Таким образом, вблизи обтекаемого тела создается
кавитационная зона, заполненная движущимися пузырьками. Сокра-
щение кавитационного пузырька происходит с большой скоростью и
сопровождается звуковым импульсом, тем более сильным, чем
меньше газа содержит пузырек. Если степень развития кавитации
такова, что возникает и захлопывается множество пузырьков, то
явление сопровождается сильным шумом со сплошным спетром от
несколько сотен герц до сотен кгц. Спектр расширяется в об-
ласть низких частот по мере увеличения максимального радиуса
пузырьков.
Если бы жидкость была идиально однороной, а поверхность
твердого тела, с которым она граничит идеально смачисваемой,
то разрыв происходил бы при давлении более низком, чем давле-
ние насыщенного паражидкости, при котором жидкость становится
нестабильной. Теоретическая прочность воды на разрыв равна
1500 кг/см. реальные жидкости менее прочны. Максимальная проч-
ность на разрыв тщательно очищенной воды, достигнутая при рас-
тяжении воды при 10 град. составляет 260 кг/см. Обычно же раз-
рыв наступает при давлениях, насыщенного пара. низкая
прочность реальных жидкостей связана с наличием в них так на-
зываемых кавитационных зародышей - плохо смачиваемых участков
твердого тела, твердых частиц, частиц, заполненных газом мик-
роскопических газовы предохраняемых от растворения мономолеку-
лярными органическими оболочками, ионных образований, возника-
ющих под действием космических лучей.
Увеличение скорости потока после начала кавитаци влечет
за собой быстрое возрастание числа развивающихся пузырьков,
вслед за чем происходит их обьединение в общую кавитациверну и
течение переходит в струйное.
Для плохо обтекаемых тел, обладающих острыми кромками,
формирование струйного вида кавитации происходит очень быстро.
наличие кавитации неблагоприятно сказывается на работе гидрав-
лических машин, турбин, насосов, судовых гребных винтов и зас-
тавляет принимать меры к избежанию кавитации. Если это оказы-
вается невозможным, то в некоторых случаях полезно усилить
