ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Явление кавитации из "Ультразвук и его применение в промышленности" В связи с тем, что явление кавитации широко используется в ультразвуковой технике, в частности при очистке и обезжиривании деталей, диспергировании веществ, пайке алюминия и др., остановимся более подробно на суш ности этого явления. При распространении звуковой волны через жидкость образуются последовательно области сжатия и разрежения, В результате этих динамических воздействий в фазе отрицательного давления (меньшего чем упругость растворенных в жидкости паров) в отдельных участках жидкости могут образовываться газовые или воздушные пузырьки и полости. При дальнейшем растяжении жидкости размеры пузырьков будут увеличиваться, что поведет к уменьшению давления внутри них. Понижение давления ниже величины объемной прочности жидкости может привести к неограниченному росту пузырьков, т. е. к разрыву жидкости, и, таким образом, к образованию внутри нее пустот. Однако часть пузырьков, не достигших критических размеров, приводящих к разрыву жидкости, при последующих сжатиях сокращает свои размеры, причем процесс роста и сокращения пузырьков (их пульсации) будет происходить с частотой изменения давления, т. е. с частотой распространяющейся в жидкости звуковой волны. Положительные фазы давления могут привести к полному исчезновению пузырьков и пустот—к их захлопыванию. Давления в пузырьках непосредственно перед их захлопыванием могут достигать нескольких тысяч атмосфер. Поэтому в момент полного исчезновения пузырьков происходят мощные гидравлические удары, способные разрушать находящиеся в непосредственной близости металлические изделия, приводящие к диспергированию, раздроблению твердых веществ и другим эффектам. Подобные удары возникают / раз в секунду, где /—частота звуковой волны. [c.52] Прочность жидкостей существенно зависит от количества растворенных в них газов и увеличивается при обезгаживании. Поэтому, естественно, можно предположить, что в ншдкостях имеются определенные местные нарушения однородности в виде газосодержащих зародышей. При этом разрыв жидкости происходит в местах нахождения зародышей [13]. Такие зародышевые пузырьки приводят к возникновению кавитации уже при достаточно низких интенсивностях ультразвука. Эти предположения хорошо согласуются с опытом. Так, ири устранении газа путем увеличения давления до 1000 кг см в результате растворения мелких зародышевых пузырьков прочность жидкости существенно увеличивается. Такую воду можно, например, нагревать до 200° С без образования пузырей пара, а также подвергать интенсивному воздействию ультразвука без образования кавитации. [c.53] Следует отметить, что большие газовые зародыши не могут длительное время существовать в жидкости, так как должны сравнительно быстро всплывать [27]. В то же время малые пузырьки, содержащие благодаря поверхностному натяжению газ под большим давлением, должны в силу диффузии газа раствориться в жидкости. Так, например, пузырек радиусом 10 сжза одну минуту или полностью растворяется, или всплывает на 120 см. Предполагают, что в жидкости присутствуют пузырьки радиусом 10 - 10 см. Они не всплывают ввиду их ничтожной подъемной силы и не растворяются из-за того, что имеют на своей поверхности одномолекулярный слой абсорбированного органического вещества[28]. [c.53] Наряду с газовыми пузырьками в жидкостях можно предположить еще и другие слабые места, в которых легко зарождается кавитация, например маленькие пузырьки пара, возникающие в результате благоприятных тепловых флуктуаций [29]. Кроме пузырьков, причиной кавитации мог)т быть мельчайшие твердые частицы. Это подтверждается тем, что прочность жидкости резко уменьшается при внесении в нее несмачиваемых тел, например парафина [30]. Кроме того, твердые, плохо смачиваемые частицы могут иметь микротрещины, в которых находится газ, что также будет способствовать более легкому возникновению кавитации. [c.53] Так же незначительно влияние частоты колебаний на прочность жидкости, которая несколько возрастет при повышении частоты. Влияние времени озвучивания на прочность жидкости более существенно. Зависимость прочности жидкости, с точки зрения возникновения кавитации, от времени озвучивания для водопроводной воды на частоте 500 кгц представлена на рис. 8 [28]. Пунктиром показана граница, ниже которой кавитация не возникала после 15 минут озвучивания. [c.54] Вернуться к основной статье