развитие кавитации, создать так называемый режим "суеркавита-
ции", отличающийся струйным характером обтекания и применив
специальное профилирование лопастей, обеспечить благоприятные
условия работы механизмов. Замыкание кавитационных пузырьков
вблизи поверхности обтекаемого тела часто приводит к разруше-
нию поверхности,- так называемой кавитационной эрозии. Чтобы
избежать захлопывание кавитационных пузырьков, надо подать в
область пониженного давления какой-нибудь газ, например воз-
дух.
Так сделали специалисты Гидропроекта. Они построили на
водосбросе Нурекской плотины в области максимальной кавитации
искуственный трамплин, создав тем самым большую зону понижен-
ного давления, которую соединили с атмосферой. Теперь кавита-
ция засасывала воздух из атмосферы и сама себя разрушила.
Очень часто используют происходящие при кавитации разруше-
ния для ускорения различных технологических процессов.
А.с. N 443663: Способ приготовления грубых кормов, включаю-
щий обработку их раствором щелочи, отличающийся тем, что с
целью размягчения и ускорения влагонасыщения корма, обработку
его осуществляют в кавитационном режиме.
4.8.2. Акустическая кавитация.
Это образование и захлопывание полостей и жидкости под воз-
действием звука. Полости образуются в результате разрыва жид-
кости во время полупериодов сжатия. Полости заполнены в основ-
ном насыщенным паром данной жидкости, поэтому процесс иногда
называется паровой кавитацией в отличие от газовой кавитаци-
иинтенсивных нелинейных колебаний газовых (обычно воздушных)
пузырьков в звуковом поле, существовавших в жидкости до вклю-
чения звука. Если газовая кавитация может протекать с большей
или меньшей интенсивностью при любых значениях амплитуды дав-
ления звуковой волны, то паровая лишь при достижении некоторо-
го критического значения амплитуды давления, так называемого
кавитационного порога. Величина этого порога - от давленияна-
сыщенного пара жидкости до нескольких десятков и даже сотен
атмосфер (в зависимости от содержания в жидкости зародышей).
Эксперементально установлено, что величина порога завист от
многих факторов. Порог повышается с ростом гидростатического
давления, после обжатия жидкости высоким (порядка 1000 атм.)
статистическим давлением,при обезгаживании и охлаждении жид-
кости, с ростом частоты звука и с уменьшением продолжительнос-
ти озвучивания. Порог выше для бегущей, чем для стоячей воды.
При захлопывании сферической полости давление в ней резко
возрастает, как при взрыве, что приводит к излучению импульса
сжатия. Давление при захлопывании особенно велико при кавита-
ции на низких частотах в обезгаженной жидкости с малым давлен
насыщенного пара. Если увеличить содержание газа в жидкости,
то диффузия газа в полости усилится, захлопывание полостей
станет неполным и подьем давления при захлопывании - неболь-
шим. При содержании газа в жидкости выше 50% от насыщения воз-
никает кавитационное обезгаживание жидкости - образование и
всплывание газовых пузырьков и вырождение паровой кавитации в
газовую. Если образовавшиеся паровые пузырьки колеблются вбли-
зи границы с твердым телом, около них возникают интенсивные
микропотоки. Появление кавитации ограничивает дальнейшее повы-
шение интенсивности звука, излучаемого в жидкости, что влечет
за собой снижение нагрузки на излучатель.
Акустическая кавитация вызывает ряд эффектов. часть из них,
например, разрушение и диспергирование твердых тел, эмульгиро-
вание жидкостей, очистка - обязаны своим происхождением ударам
при захлопывании полостей и микропотокам вблизи пузырьков.
Другие эффекты (например, вызывает и ускоряет химические реак-
ции) связаны с ионизацией при образовании полостей. Благодаря
этим эффектам акустическая кавитация находит все более широкое
применение для создания новых и совершенствования известных
технологических процессов. Большинство практических применений
ультразвука основано на эффекте кавитации.
В А.с. 200981 описывается установка, использующая в своей
работе явление кавитации. Назначение установки - снятие зау-
сенцев с деталей самой различной формы. Деталь помещается в
жидкость под высоким давлением, насыщенную мельчайшими абра-
зивными частицами. При возбуждении в жидкости интенсивной
акустической кавитации заусеницы отделяются от деталей; вдоба-
вок деталь очищается от стружки и масла не только на открытых
поверхностях, но и глубоких отверстиях.
А.с. 285394: Способ создания кавитации в жидкости путем
возбуждения непрерывных колебаний звуковой или ультразвуковой
частоты, отличающийся тем, что с целью поваышения эрозионной
активности жидкости возбуждают в полупериод сжатия дополни-
тельный пиковый импульс сжатия, соответствующий по времени
концу фазы расширения или началу фазы захлопывания кавитацион-
ных полостей.
А.с. 409569: Способ детектирования радиоактивных излучений
по их воздействию на протекание акустической кавитации в жид-
котях, отличающийся тем, что с целью увеличения надежности де-
тектирования, в кавитирующее акустическое поле помещают
тест-образец, определяют степень его эрозии, по изменению ко-
торой судят об интенсивности радиоактивного излучения.
А.с. 446757: Способ получения теплофизической метки, напри-
мер, для измерения расхода путем воздействия излучением на ис-
следуемый поток, отличающийся тем, что с целью расширения диа-
пазона измеряемых сред, воздействуют на контролируемый поток
ультразвуковым полем с интенсивностью выше порога кавитации,
фокусируют звуковые волны в локальную область, создают крат-
ковременный процесс кавитации и получают теплофизическую неод-
нородность за счет продуктов кавитации.
4.8.3. Сонолюминисценция.
В момент захлопывания кавитационного пузырька наблюдается
его слабое свечение, причиной этого явления является нагрева-
ние газа в пузырьке, обусловленное высокими давлениями при его
схлопывании. Вспышка может длиться от 1/20 до 1/1000 сек. Ин-
тенсивность света зависит от колличесва газа в пузырьке: если
газ в пузыорьке отсутствует, то свечение не возникает. Свето-
вое излучения пузырька очень слабо и становится видимым при
усилении или в полной темноте.
Л И Т Е Р А Т У Р А
К 4.1. М.И.Шлионис, Магнитные жидкости. УФН. 1974, т.112.
авп. 3, стр.427
Н.З.Френкель, Гидравлика, М.-Л, 1956.
М.Д.Чертоусов, Гидравлика, М., 1957.
К 4.2. З.П.Шульман и др., Электрореологический эффект, Минск,
"Наука и техника", 1972.
К 4.3. И.М.Холостников, Теория сверхтекучести,
М., "Наука", 1977.
А.Роуз, Техника низкотемпературного эксперимента, М.,
"Мир", 1966.
К 4.4. Л.Лодж, Эластические жидкости, М., "Наука", 1969.
Физика ударных волн и высокотемпературных явлений,
М., 1963.
В.Н.Дмитриев, Основы пневмоавтоматики,
М., "Машиностроение", 1973.
Ю.Иванов, Была ли дырка в ванне Архимеда?
"Техника молодежи", 1972, стр.40.
А.Альтшуль и др., Визревые воронки, "Наука и жизнь",
1968, N'7.
К 4.6. М.П.Малков, Справочник по физико-химическим основам
глубокого охлаждения, М.-Л., 1963.
К 4.7. Н.Е.Жуковский, "О гидравлическом ударе в водопроводных
кранах", М.-Л., 1949.
М.А.Мостков и др., "Расчеты гидравлического удара",
М.-Л., 1952.
Г.В.Аронович и др.,"Гидравлический удар и уравнительные
резервуары", М., "Наука", 1968.
Л.А.Юткин, "Электрогидравлический эффект", М.,
"Машгиз", 1955.
К 4.8. Л.Родзинский, "Кавитация против кавитации", "Знание -
сила", N'6, 1977, с.4.
Н.А.Рой, Возникновение и протекание ультразвуковой
кавитации, Акустический журнал, 1957, вып.I.
И.Пирсол, "Кавитация", М., "Мир", 1975.
5. КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ
5.1. Механические колебания.
Колебаниями называют процессы, точно или приблизительно
повторяющиеся через одинаковые промежутки времени. По своему
характеру колебания подразделяют на:
5.1.1. Свободные /или собственные/.
Свободные колебания - представляют собой колебания, со-
вершаемые системами, представленными самим себе, около своего
положения равновесия. Для возбуждения собственных колебаний
требуется определенное количество энергии. Частота собственных
колебаний определяется целиком свойствами самой системы.
А.с. 245 419: Способ определения главных центральных осей
и моментов инерции геометрической фигуры, имеющей сложные
очертания, путем измерения периода колебания пластинки, данной
фигуре, отличающейся тем, что с целью повышения точности, в
ластинке просверливают три отверстия, не лежащие не на одной
прямой, протягивают через два из них нить, натягивают ее гори-
зонтально и измеряют период колебания пластинки, затем протя-
гивают нить через вторую пару отверстий и также измеряют пери-
од колебания пластинки, и по измеренным периодам колебаний
подсчитывают значения осевых и центробежных моментов инерции
относительно центральных осей инерции фигуры.
А.с. 280 014: Способ определения координат центра тяжести
механической системы, заключающейся в том, что к системе поо-
чередно прикладывают движущие моменты, и по величине этих мо-
ментов в зависимости от веса системы определяют координаты ее
центра тяжести, отличающийся тем, что с целью повышения точ-
ности измерения при ограниченных углах поворота системы, дви-
жущие моменты, прикладываемые к системе, изменяют по гармони-
ческому закону, с постоянной амплитудой на двух различных по
частоте колебаний режимах, измеряют движущие моменты при про-
хождении системой нулевого положения и некоторого произвольно-
го выбранного другого положения, отличного от нулевого, и по
величине этих моментов в зависимости от частоты колебания сис-
темы и ее веса определяют координаты центра тяжести.
А.с. 288 383: Способ измерения натяжения движущейся маг-
нитной ленты в лентопротяжных механизмах по частоте ее колеба-
ний, отличающийся тем, что с целью повышения точности,
регистрируют крутильные колебания ленты вокруг ее продольной
оси, и по частотному спектру колебаний определяют среднюю ве-
личину натяжения ленты.
Свободные колебания из-за непрерывного расхода энергии на
преодоление сил трения, всегда являются затухающими. Скорость
затухания определяется характеристиками среды, в которой про-
исходят колебания.
А.с. 246 101: Способ измерения массового расхода жидкос-
тей и газов путем сообщения колебаний участку трубопровода со
средой, отличающийся тем, что с целью повышения точности изме-
рения, участку трубопровода сообщают периодические колебания и
измеряют время затухания свободных колебаний участка трубопро-
вода между двумя фиксированными уровнями колебаний, обратно
пропорциональное количеству прошедшей за это время среды.
А.с. 274 276: Способ измерения давления, воспринимаемого
индикатором в виде кварцевой пластинки отличающийся тем, что с
целью повышения чувствительности и надежности измерения, ука-
занную пластинку приводят в резонансное колебание и по измене-
ниям ее импеданса и декремента затухания судят о воспринятых
ее давлениях.
А.с. 348945: Способ определения содержания в яйце плотной
жидкой фракци, отличающийся тем, что с целью сохранения плот-
ности яйца и сокращения продолжительности проведения процесса,
содержания плотной жидкой фракции в яйце определяют по числу
колебаний его содержимого путем воздействияна яйцо маятниковых
маятниковых колебаний до заданной амплитуды затухания и после-
дующего пересчета полученного числа колебаний по предваритель-
но построенной калибровочной кривой на содержание плотной и
жидкой фракции яйца.
