ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
2. ЯВЛЕНИЕ КАВИТАЦИИ В РОТОРНЫХ
АППАРАТАХ
2.1. ДИНАМИКА КАВИТАЦИОННОГО ПУЗЫРЬКА С
УЧЁТОМ ВЛИЯНИЯ ГАЗОСОДЕРЖАНИЯ НА
СЖИМАЕМОСТЬ СРЕДЫ
2.1.1. Влияние содержания свободного газа на
закономерности кавитации
Под кавитацией обычно понимают образование в жидкости пульсирующих пузырей, заполненных паром, газом или их
смесью [77]. Кавитация известна, главным образом, своими вредными последствиями, такими как ухудшение характеристик
гидромашин, эрозия и шум. Имеется целый ряд исследований, посвящённых кавитационной эрозии. В ряде работ до-
казывается наличие тесной связи между кавитационной эрозией и интенсивностью кавитации, например в [78 – 80]. Показа-
но, что максимальная эрозия и максимум кавитационного шума находятся в одной и той же узкой полосе чисел кавитации. В
целях борьбы с этими вредными явлениями принимают конструктивные меры по ограничению режимов работы, которые
позволяют избежать возникновения кавитационных явлений. Однако в настоящее время всё чаще специально возбуждают
кавитацию для тех или иных полезных целей.
Кавитация является одним из важнейших факторов, способствующих интенсификации различных химико-
технологических процессов, например – диспергирования, растворения, получения тонкодисперсных пигментов, в фармацев-
тической и пищевой промышленностях и т.п. [1, 5, 34, 81].
Различают кавитацию акустическую, возникающую в жидкой среде при прохождении звуковой волны большой интен-
сивности, и гидродинамическую, обусловленную резким локальным понижением давления в жидкости вследствие больших
скоростей течения жидкости.
Акустическая кавитация представляет собой эффективный механизм концентрации энергии. Во время кавитации отно-
сительно низкая средняя плотность энергии звукового поля трансформируется в очень высокую плотность энергии, связан-
ную с радиально пульсирующим пузырём. Концентрация энергии в очень малых объёмах и объясняет высокую эф-
фективность применения акустической кавитации для интенсификации процессов химической технологии [28].
Гидродинамическая кавитация менее эффективна при воздействии на обрабатываемую среду, однако устройства для её
искусственного возбуждения отличаются простотой и надёжностью.
Момент возникновения, процесс развития акустической и гидродинамической кавитации характеризуются критериями
акустической и гидродинамической кавитации соответственно. Обе эти величины зависят от многих параметров, характери-
зующих как состояние жидкости – свободное газосодержание, наличие зародышей кавитации, температуры, так и внешние
условия – гидростатическое давление, скорость потока, частота звукового поля и т.д.
Свободное газосодержание является одним из важнейших свойств жидкости, сильно влияющих на кавитационные яв-
ления. С увеличением газосодержания время запаздывания кавитации, характеризующее кавитационный гистерезис, имеет
тенденцию к уменьшению. Однако данные, полученные в других условиях, прямо противоположны [83]. Влияние свободно-
го газосодержания на критическое число кавитации, характеризующее момент начала кавитационного процесса, исследова-
лось в работах [84, 85]. На основании экспериментов установлено, что с увеличением содержания газа увеличивается число
кавитации, она становится более обильной. Однако присоединенная кавитация, в форме неподвижного пятна, с ростом со-
держания газа уменьшается. В работе [86] для интенсификации кавитационных эффектов рекомендуется добавлять газ в
жидкость. Интересна работа [82], в которой высказывается предположение, что в жидкости существует оптимальное значе-
ние газосодержания, при котором наступает максимум кавитации. Это объясняется тем, что при понижении газосодержания
интенсивность кавитационных событий увеличивается, но число этих событий уменьшается. В результате кавитационная
активность должна проходить через максимум. Однако в исследовании отмечается, что оптимальное значение газосодержа-
ния трудно установить. Таким образом, все работы, посвящённые влиянию газосодержания жидкой среды на кавитационные
эффекты, экспериментальные и содержат достаточно противоречивые данные. Наиболее полно данный вопрос рассмотрен в
теоретической работе [28].
Следует отметить, что результаты теоретического исследования влияния свойств жидкости на кавитационное воздейст-
вие на обрабатываемую среду представляет собой большой интерес ещё и потому, что экспериментальное изучение влияния
газосодержания жидкости на динамику кавитационных пузырей весьма затруднено, так как при изменении одного из
свойств изменяются и остальные. В связи с этим теоретические методы исследования с использованием численных расчётов
на вычислительной технике позволяют изучить динамику кавитационного пузыря с учётом изменения свойств жидкости.
2.1.2. Динамика кавитационного пузыря применительно к
условиям работы промышленного роторного аппарата
Теоретические и экспериментальные данные, полученные при исследовании взаимодействия и излучения сферических
пузырей [87], свидетельствуют, что два колеблющихся пузыря на расстоянии 2,5
max
R
излучают такую же акустическую
энергию, как и одиночный пузырь. Уже при расстоянии 4
max
R
пузыри можно рассматривать как одиночные (6 % газосо-
держания), поэтому предполагаем, что расстояние, на котором параметры газожидкостной смеси меняются существенно,
больше расстояния между пузырями, которое в свою очередь больше размеров пузырей. Слабое взаимодействие пузырей на
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 33
- 34
- 35
- 36
- 37
- …
- следующая ›
- последняя »
