I nogle tilfælde, under væskens bevægelse i lukkede kanaler, opstår der fænomener, der er forbundet med en ændring i væskens aggregeringstilstand, dvs. med dens omdannelse til damp, såvel som med frigivelsen af ​​gasser opløst i den fra væsken. For eksempel, når en væske strømmer gennem en lokal indsnævring af et rør, øges hastigheden, og trykket falder. Hvis det absolutte tryk på samme tid når en værdi svarende til det mættede damptryk af denne væske ved en given temperatur, eller det tryk, ved hvilket frigivelsen af ​​opløselige gasser fra den begynder, så intensiv fordampning (kogning) og frigivelse af gasser begynde på et givet punkt i flowet. I den ekspanderende del falder strømningshastigheden, og trykket stiger, og frigivelsen af ​​dampe og gasser stopper; de frigjorte dampe kondenserer, og gasserne opløses gradvist igen.

Denne lokale diskontinuitet af flowet med dannelse af damp- og gasbobler (kaverner), på grund af et lokalt trykfald i flowet, kaldes kavitation.

Dette kan tydeligt demonstreres på en simpel enhed. Vand eller anden væske under tryk af flere atmosfærer tilføres kontrolventilen (ventilen) EN og strømmer derefter gennem et gennemsigtigt Venturi-rør, som først gradvist indsnævrer strømmen, og derefter udvider sig endnu mere jævnt gennem hanen B frigives til atmosfæren.

Med en lille åbning af reguleringsventilen og følgelig ved lave strømningshastigheder og væskehastighed er trykfaldet i den smalle del af røret ubetydeligt, strømmen er ret gennemsigtig, og der er ingen kavitation. Med den gradvise åbning af hanen opstår en stigning i væskens hastighed i røret og et fald i det absolutte tryk.

Ved en vis værdi af dette tryk, som kan betragtes som lig med mætningsdamptrykket
, en klart synlig zone af kavitation vises i den smalle del af røret, som er et område med lokal kogning af væsken og efterfølgende kondensering af dampe. Kavitationszonens dimensioner øges i takt med, at ventilen åbnes yderligere, dvs. med en stigning i trykket i sektion 1 - 1, og som følge heraf strømningshastigheden. Men uanset hvor meget strømningshastigheden stiger, forbliver trykket i den smalle sektion 2 - 2 strengt konstant, fordi det mættede damptryk er konstant.

Kavitation er ledsaget af støj og med langvarig eksponering, også af erosiv ødelæggelse af metalvægge. Sidstnævnte forklares ved, at kondensationen af ​​dampbobler (og kompression af gasbobler) sker med en betydelig hastighed, flydende partikler, der fylder hulrummet i kondenseringsboblen, skynder sig til dets centrum og i det øjeblik, hvor kondensationen er afsluttet ( boblekollaps), forårsage lokale stød, dvs. en betydelig stigning i trykket på enkelte punkter. Under kavitation ødelægges materialet ikke der hvor bobler frigives, men hvor de kondenserer.

Når der opstår kavitation, øges modstanden af ​​rørledninger betydeligt, og følgelig falder deres gennemstrømning, fordi huler reducerer de frie tværsnit af strømme, hvor hastigheden stiger kraftigt.

Kavitation er normalt et uønsket fænomen og bør ikke tillades i rørledninger og andre elementer i hydrauliske systemer. Det kan forekomme i alle lokale hydrauliske modstande, hvor flowet undergår lokal indsnævring med efterfølgende ekspansion, for eksempel i haner, ventiler, skydeventiler, membraner, dyser osv. I nogle tilfælde er forekomsten af ​​kavitation også mulig uden flowekspansion efter dets indsnævring, såvel som i rør med konstant tværsnit med en stigning i geometrisk højde og hydrauliske tab. Kavitation kan forekomme i hydrauliske maskiner (pumper og hydrauliske turbiner) såvel som på bladene på hurtigt roterende propeller. I disse tilfælde er konsekvensen af ​​kavitation et kraftigt fald i maskinens effektivitet og derefter den gradvise ødelæggelse af dens dele, der er udsat for kavitation.

HYDRAULISK STØD I RØR

Med en skarp ændring i væskens hastighed i trykrørledningen sænkes eller accelereres dens bevægelse, som et resultat af hvilke der opstår inertikræfter, som fører til henholdsvis en stigning eller et fald i trykket i rørledningen. Dette fænomen, ofte akkompagneret af en lyd, der ligner lyden af ​​et dun fra faste kroppe, og i nogle tilfælde en kraftig rystelse af rørledningen, blev kaldt hydraulisk stød.

På trods af det faktum, at forskere og ingeniører har været bekendt med fænomenet hydraulisk stød, som gentagne gange har ført til rørledningsfejl, i relativt lang tid, blev den korrekte forklaring på denne komplekse fysiske proces først givet i 1898 af prof. N. E. Zhukovsky på grundlag af omfattende teoretiske og eksperimentelle undersøgelser. Teorien om vandhammer og beregningsformler, afledt af N. E. Zhukovsky, blev brugt af videnskabsmænd og ingeniører rundt om i verden i beregningen af ​​rørledninger og yderligere undersøgelse af dette fænomen.

D For at bestemme værdien af ​​trykstigningen i rørledningen med en skarp hastighedsændring skal du overveje en vandret rørledning med en diameter d, langs hvilken med en gennemsnitshastighed v en faldende væske, der bevæger sig under tryk R. Med en hurtig (vi vil overveje øjeblikkelig) lukning af hanen, vil de væskepartikler, der i det øjeblik er direkte ved hanen, også stoppe øjeblikkeligt, og deres kinetiske energi vil blive omdannet til potentiel energi - hastigheden bliver lig med nul, og væsketrykket vil stige til værdien R oud(stødtryk), som et resultat af hvilket væskelaget placeret ved ventilen vil blive komprimeret, og væggene i rørene, der omgiver det, vil udvide sig. På grund af dette vil der frigives noget (meget lille) volumen og det næste lag væske vil kunne bevæge sig lidt mere mod hanen.

Da væskens elasticitetsmodul og rørvæggenes materiale er store nok (f.eks. til vand E≈ 2∙10 9 Pa, til stål E≈ 2∙10 11 Pa, til støbejern E≈ 1∙10 11 Pa osv.), så kan faldet i volumen i det stoppede væskelag på grund af dets lillehed fuldstændig negligeres, når der udføres beregninger, men dette er meget vigtigt for at forklare processen med hydraulisk stød. Regnskab for kompressibiliteten af ​​en væske og udvidelsen af ​​rørvæggene, udført for første gang af N. E. Zhukovsky, gjorde det muligt for ham korrekt at beskrive billedet af et hydraulisk stød og udlede de vigtigste beregnede afhængigheder.

Lad tiden Δ ind t efter øjeblikkelig lukning af hanen, vil det elementære volumen af ​​væske stoppe i nærheden af ​​det
, lukket mellem sektionerne M Og TIL, som er placeret i en afstand Δ l fra hinanden . I dette tilfælde vil væskens hastighed i dette volumen blive lig med nul, og trykket - R ja , til venstre for afsnittet M væsken bevæger sig stadig med en hastighed v og har pres R.

Således i løbet af tiden Δ t flydende masse Δ m i volumen Δ V vil miste momentum. Trykkræfter virker på det valgte volumen, hvis resulterende
og tyngdekraften
. Impulserne af disse kræfter i løbet af tiden Δ t vilje P Δ t og Δ Q Δ t .

Lad os projicere impulserne fra ydre kræfter og ændringen i momentum på strømningsaksen og, i overensstemmelse med sætningen om ændringen i momentum, sidestille disse projektioner. Da kraften Δ Q virker normalt i forhold til strømmens akse, så vil projektionen af ​​denne krafts momentum være lig med nul, derfor

Holdning
i den resulterende ligning er udbredelseshastigheden af ​​hydraulisk stød Med(chokbølgeudbredelseshastighed) i rørledningen, derfor

.

Denne formel N.E. Zhukovsky bruges til at bestemme trykstigningen under det såkaldte direkte hydrauliske stød.

Shock Wave Velocity Med afhænger af væskens og rørledningens elastiske egenskaber og kan findes ved formlen

,

Hvor E og - væskeelasticitetsmodul; E - elasticitetsmodul af rørledningsmaterialet; δ - rørets vægtykkelse.

Af dens betydning Med tæt på lydens udbredelseshastighed i en given væske
, siden nævneren
lidt anderledes end enhed. Ja, til vand. a= 1430 m/s, til stålrørledninger c = 1050 - 1350 m/s.

I tilfælde af direkte vandslag ved en vandhastighed i en stålrørledning på 1 m/s vil trykstigningen Δ R vil være omkring 1 MPa. En så kraftig stigning i tryk udgør en fare for rørledningen, så der skal træffes beskyttelsesforanstaltninger for at forhindre en ulykke.

Når man ser bort fra hydrauliske tab i rørledningen og en række andre faktorer, kan de processer, der forekommer under hydraulisk stød, repræsenteres som følger. Slip fra et reservoir med betydelig kapacitet gennem en rørledning med en længde l og diameter d, væsken bevæger sig med en hastighed v. Som vist ovenfor, når hanen hurtigt (øjeblikkeligt) lukkes, stopper væskelaget placeret direkte ved hanen også øjeblikkeligt, og trykket i det stiger fra R Før R oud . På grund af komprimeringen af ​​væsken og udvidelsen af ​​rørvæggene frigives et vist (meget lille) volumen i dette lag, på grund af hvilket det næste lag stopper ikke samtidig med det første, men efter en vis (også meget lille) periode. Efter at det andet lag stopper, vil lignende fænomener forekomme i det (en stigning i trykket til R oud væskekompression, udvidelse af rørvæggene og som et resultat frigivelse af et elementært volumen), så vil de samme fænomener forekomme i de næste lag og så videre langs hele rørledningens længde l helt til begyndelsen (afsnit N).

På trods af den øjeblikkelige lukning af ventilen vil stop af al væske i rørledningen således ikke ske øjeblikkeligt, men vil ende efter et vist tidsrum
.

I det øjeblik chokbølgen når rørledningens indløbssektion, vil al væsken i den blive komprimeret, hastighederne af alle partikler vil være lig med nul, og trykket vil være lig med R oud. Derfor efter tid t i afsnit N der opstår en situation, hvor væsketrykket til venstre vil være R, til højre R oud = p+ Δ R. Under sådanne forhold er ligevægt umulig, derfor vil væsken begynde at bevæge sig (på grund af den lave kompressibilitet af den faldende væske er bevægelserne af dens partikler ubetydelige, men det er dem, der skaber bølgeprocessen med trykoverførsel i væsken ) fra rørledningen til reservoiret (fra området med højere tryk til det nederste) og et fald i trykket i rørledningen til værdi R, som vil forplante sig mod kranen med samme hastighed Med, T . e. der opstår en reflekteret bølge, der når efter et stykke tid t sektioner TIL. Således øget pres R oud ved hanen efter dens øjeblikkelige lukning vil eksistere i en periode 2 t= T, hedder fase af hydraulisk stød.

Væske- og rørvæggene antages at være elastiske, derfor i færd med at sænke trykket i rørledningen til værdien R de vender tilbage til deres tidligere tilstand svarende til dette pres. Deformationsarbejdet omdannes til kinetisk energi, og væsken i rørledningen opnår sin begyndelseshastighed v, men i den modsatte retning. Med denne hastighed har væsken i rørledningen en tendens til at bryde væk fra ventilen, hvilket resulterer i en negativ stødbølge med et tryk på -Δ R, som ledes fra hanen til tanken med en hastighed Med, efterlader rørenes komprimerede vægge og den udvidede væske.

I øjeblikket når denne chokbølge rørledningens indløbssektion (efter et stykke tid t) der skabes igen en ikke-ligevægtstilstand i den - til venstre vil trykket være R, til højre R - Δ R, hvilket resulterer i udstrømning af væske fra tanken ind i rørledningen. Dette vil forårsage bevægelse af flydende partikler i rørledningen med en hastighed Med,øget tryk til en værdi R, tilbagevenden af ​​væggene af rør og væske til den tidligere tilstand, svarende til trykket R. Hele dette kompleks af fænomener vil forplante sig mod kranen med en hastighed Med og efter en periode t den reflekterede bølge vil nå kranen (sektioner TIL).

I i det øjeblik den reflekterede bølge når kranen (dvs. efter en tid 4 t=2 T efter at den er lukket) vil der opstå en situation, der allerede har fundet sted i det øjeblik, hvor ventilen blev lukket, og hvis vi forsømmer afgivelsen af ​​energi, vil hele cyklussen af ​​vandhammer gentage sig igen. Teoretisk graf over trykændring i tværsnittet TIL(foran hanen). Faktisk, på grund af tilstedeværelsen af ​​hydraulisk modstand, dæmpes tryksvingninger i rørledningen (amplituder Δ R fald), desuden stiger (og falder også) trykket ikke øjeblikkeligt.

Ovenfor blev den såkaldte direkte vandhammer overvejet, når ventilens lukketid var mindre end vandhammerfasen (dvs. t h < T= 2 l/Med).

I tilfælde af en indirekte vandhammer (når ventilen lukker relativt langsomt eller rørledningen er kort, hvorved den reflekterede bølge når at nå ventilen, før den lukker, dvs. t 3 > T = 2l/Med) trykstigningen kan tilnærmelsesvis bestemmes af formlen

.

De enkleste og mest almindelige anordninger til beskyttelse af rørledninger mod hydrauliske stød er portventiler og haner, der giver langsom blokering af flowområdet, hvilket reducerer Δ betydeligt R.

I tilfælde, hvor det i henhold til teknologiens betingelser er nødvendigt eller muligt hurtigt at lukke rørledningen, tyer de til installation af lufthætter, specielle støddæmpere osv.

P hvis der er en lufthætte foran ventilen på tidspunktet for afspærring af ventilen TIL rørledning, en del af væsken kommer ind i hætten og komprimerer luften, der er placeret der, så hastigheden af ​​væsken i rørledningen vil ikke falde øjeblikkeligt, men gradvist; når trykket i rørledningen falder, udvider luften sig og fortrænger overskydende væske fra hætten Δ V. Med et tilstrækkeligt volumen af ​​hætten, som et resultat af luftens elasticitet og det gradvise fald i væskens hastighed i rørledningen, vil trykstigningen i den være ubetydelig.

Sammen med anordninger til beskyttelse af rørledninger mod hydrauliske stød er der specielle anordninger (hydrauliske cylindre, hydrauliske impulser), hvor et hydraulisk stød skabes kunstigt med henblik på dets efterfølgende brug.

En hydraulisk cylinder er en vandløfteanordning, der ikke har en drivende motor, men bruger den til at løfte vand ( Q 2 ) til en vis højde ( H 2 ) vandenergi ( Q 1 > Q 2 ), ned i vædderens tank fra en lavere højde ( H 1 ) og delvist nulstillet ( Q 1 - Q 2 ) gennem slagventilen placeret i denne tank.

For at øge trykket af væsken, der løftes, anvendes kunstigt inducerede og virker med en vis frekvens hydrauliske stød.

Den hydrauliske pulser finder anvendelse i hydrauliske monitorer, der bruges til hydromekanisering af minedrift og overbelastningsoperationer. Ved hjælp af en hydraulisk pulser, på en rørledningssektion af en vis længde direkte foran den hydrauliske monitor, skabes der kunstigt udæmpede hydrauliske stød (trykselvsvingninger), hvilket giver en stigning i vandtrykket foran den hydrauliske monitortønde 1,5-2 gange og opnå en pulserende stråle. Dette fører igen til en stigning i produktiviteten af ​​hydrobreaking og et fald i hydromonitorens strømforbrug.

Foredrag #13

Budskabet præsenterer nogle af de energiaspekter, der ledsager arbejdet, bredt annonceret som højeffektive termiske energikilder. Det er især vist, at forekomsten af ​​ultrahøje temperatur- og trykgradienter kun er mulig i specielt fremstillede "rene" homogene væsker. Under betingelserne for det "tekniske" brugt i varmesystemer er de virkninger, der er erklæret af forfatterne af projekterne, grundlæggende umulige.

For nylig er videnskabelige og tekniske publikationer med en populær og informativ orientering, herunder internettet, blevet bredt annonceret hydrodynamiske anordninger især beregnet til brug i lokale varmesystemer. Princippet om drift af sådanne enheder ved første øjekast virker ret simpelt.
Et karakteristisk træk ved talrige beskrivelser af sådanne unikke varmeapparater er det næsten fuldstændige fravær af deres teoretiske begrundelse, hvilket desværre ikke tillader en kvantitativ vurdering af objektiviteten af ​​de deklarerede parametre.

Ris. 1. Skematisk diagram af et lille kedelhus

På fig. 1, som et eksempel, vises et skematisk diagram af et kedelhus, hvis aktive element er roterende, der præsenteres som en ny generation af varmemotorer, der omdanner mekaniske, elektriske og akustiske effekter på en væske til varme.

Rnrnrn rnrnrn rnrnrn

Stigningen i kølevæskens temperatur opstår ifølge forfatterne på grund af følgende effekter: omdannelsen af ​​mekanisk energi på grund af intern friktion, der opstår fra kølevæskens bevægelse; omdannelse af elektrisk energi til termisk energi på grund af den elektrohydrauliske effekt og opvarmning af termiske elementer; hydroakustisk energi til termisk energi på grund af kavitation og hvirveleffekter. I diagrammet i fig. 2 er forfatterne [ 1 ] følgende betegnelser accepteres: 1 - elektrisk motor, 2 - kavitationsvarmegenerator, 3 - manometer, 4 - kedel, 5 - lufthane, 6 - opvarmet kølevæskeforsyningsrørledning, 7 - temperatur måler 8 - automatisk styreenhed, 9 - varmeveksler, 10 - radiator, 11 - ekspansionsbeholder, 12 - et filter til rengøring af kølevæsken, 13 - cirkulationspumpe.

Således er hovedelementet i kredsløbet kavitationsvarmegenerator 2 , som i det foreliggende tilfælde er et roterende apparat, som er meget udbredt i den kemiske industri (f.eks. roterende enheder af GART-klassen [ 2 ]). Ud over roterende enheder, annonceres der i øjeblikket aktivt, og der gøres forsøg på at videnskabeligt underbygge den høje energimæssige ydeevne af vortex-anordninger designet på baggrund af Rank rør [3 ].

Systemer kavitationsvarmegeneratorer, på trods af de mest forskelligartede navne (forfatterne af projekterne er tilsyneladende endnu ikke nået at blive enige om terminologi) består af fire hovedelementer (fig. 2): drivmotor 1, pumpe 2, faktisk kavitationsvarmegenerator 3 hvorigennem mekanisk energi omdannes til termisk energi og forbruger af termisk energi 4.

Ris. 2. Typisk blokdiagram af en kavitationsvarmegenerator

Elementer i et forenklet blokdiagram 2 er standard for næsten ethvert hydraulisk system designet til at transportere væske eller gas.

Princippet om drift af sådanne energitransformatorer kan observeres på eksemplet med en offentligt tilgængelig pumpe til vanding af senge og græsplæner i sommerhuse. Det er nødvendigt at fylde en almindelig tre-liters krukke med vand og tvinge pumpen til at tage vand fra krukken og dumpe det der. Allerede igennem 5 - 10 minutter, kan du være sikker på den fuldstændige korrekthed James Prescott Joule (1818 - 1889) om muligheden for at omdanne mekanisk arbejde til varme. Vandet i krukken vil varme op. Effekten er endnu mere udtalt, når input og output fra en hjemmestøvsuger "kortsluttes". Men dette er en risikabel demonstration, temperaturen stiger så hurtigt, at du måske ikke har tid til at afbryde "input" og "output", hvilket vil føre til skade på enheden.

Varmeren, hvis skema er vist på, fungerer omtrent det samme som kølesystemet til en bilmotor, kun det omvendte problem er løst, ikke sænker temperaturen, men øger den. Når enheden startes, kommer arbejdsvæsken fra udløbet hydrodynamisk kavitation energiomformer 3 gennem en pumpe 2 serveret ad en kort sti til indgangen varmegenerator. Efter flere cirkulationer langs det lille (hjælpe) kredsløb, når vandet når den indstillede temperatur, tilsluttes det andet (arbejds) kredsløb. Temperaturen på arbejdsvæsken falder, men derefter, med velvalgte systemparametre, genoprettes den til den krævede værdi.

Adskillige designs af aktivatorer, der reklameres for af producenter, ser faktisk ud til at være anordninger, der giver kinetisk energi til arbejdsfluidet. Ifølge forfatterne til projekterne lykkes de ved at bruge "særlige" designfunktioner varmegeneratorer og "ikke-traditionelle" fysiske effekter for at opnå høje effektivitetsværdier h > 0,9. I nogle spændende tilfælde h, ifølge testresultater, overstiger enhed. Ved at forklare sådanne usædvanlige egenskaber ved velstuderede hydrodynamiske anordninger og processer insisterer forskerne på, at de formår at bruge de ukendte egenskaber ved kavitationsfænomener (op til " kold» termonuklear fusion) eller torsionsfelter som følge af væskens rotationsbevægelse.

Som regel termodynamiske systemer med kavitationsvarmegeneratorer mindre ofte bruges en og oftere to elektriske motorer som den indledende kilde til mekanisk energi, som sikrer cirkulationen af ​​kølevæsken gennem systemet og skaber betingelser for at opretholde hydrodynamisk kavitation. Med andre ord elektrisk energi E1 med tilsvarende tab k1 omdannes til mekanisk energi

Rnrnrn rnrnrn rnrnrn

, (2)

Hvor k2- omdannelseskoefficient (i henhold til forfatternes terminologi - transformation) af den mekaniske energi af kølevæskestrømmen til dens indre energi, og værdien svinger, for det meste fra 0,9 Før 4 . Hvis værdien k2 @ 0,9 med visse teoretiske forenklinger kan betragtes som høje, men til en vis grad reelle, så værdierne k2 ≥ 1 kræver en stærk teoretisk begrundelse. Energifænomenet forklares af forfatterne af projekterne ved, at deres designs bruger en unik metode til at omdanne elektrisk energi til termisk energi gennem brug af "fluktuerende vakuum under forhold med alvorlig kavitation" og "energi af vandmolekyler".

Uden at røre yderligere, af helt indlysende årsager, torsion og termonukleare problemer, såvel som energien i det fysiske vakuum, lad os overveje nogle funktioner ved brugen af ​​energieffekterne af hydrodynamisk kavitation i kroppen og masseoverførselsprocesser. Processerne med kogning, akustisk og hydrodynamisk kavitation kan repræsenteres som et fænomen af ​​dannelsen af ​​en konkurrerende fase i en kontinuerlig væske i form af hulrum fyldt med damp fra arbejdsvæsken og opløste gasser.

Bemærk, at fænomenet hydrodynamisk og akustisk kavitation, på trods af mere end et århundredes undersøgelse, ikke synes at være fuldt beskrevet. Alle forskere involveret i kavitation processer, er enige om, at fænomenet i nogle af dets manifestationer endnu ikke er forudsigeligt. Parametrene for tekniske strukturer og enheder, hvis drift er forbundet med forekomsten og forekomsten af ​​kavitation (hydrauliske turbiner, skibsfremdrivningsanordninger, pumper, omrørere, teknologiske installationer), sammen med resultaterne af teoretiske undersøgelser, suppleres med eksperimentelle data , som er baseret på modellering kavitation fænomener på særlige stande [ 4-7 ]. Meget er dog allerede kendt om kavitation. I det mindste nu er de vigtigste mønstre forbundet med dets forekomst og forløb blevet etableret. Forskere og ingeniører har lært at forhindre destruktive manifestationer (for eksempel superkaviterende skibspropeller) og bruge dem i teknologiske processer, når noget skal destrueres, for eksempel partikler af uopløselige væsker, eller at organisere kemiske reaktioner, der ikke forekommer under normale forhold.

Forskere var opmærksomme på de energieffekter, der ledsager udseendet af en konkurrerende fase i en væske ved tryk, der kan sammenlignes med trykket af mættede dampe af arbejdsvæsken. I 1917 Lord Rayleigh løste problemet med trykket, der udviklede sig i en væske under kollapset af et "tomt" sfærisk hulrum [ 4 ]. For tilfældet med sfærisk symmetri med en irroterende radial strømning af væske, der omgiver hulrummet, blev den kinetiske energiligning opnået K L

, (3)

Hvor pL er væskens massefylde, u- radial hastighed på en vilkårlig afstand r > R fra midten af ​​hulrummet vr er den radiale hastighed af hulrumsvæggen. I overensstemmelse med sætningen skal ændringen i væskens kinetiske energi være lig med det arbejde, der udføres af væskens masse, når hulrummet er lukket

(4)

hvor er trykket i væsken på afstand, Rmax er hulrummets radius i det øjeblik, hvor det begynder at kollapse, R0 er hulrummets endelige radius. Ligestille ( 3 ) Og ( 4 ), kan vi komme til ligningen for hastigheden af ​​overfladen af ​​et sfærisk hulrum

. (5)

Altså for eksempel til sagen R max \u003d 10 -3 m Og R 0 \u003d 10 -6 m på = 105 Pa, p L \u003d 103 kg / m 3 hastigheden af ​​hulmuren opnås lig med v r @ 1,4 × 10 4 m/s som er en størrelsesorden større end lydens hastighed i vand. Værdien af ​​den kinetiske energi af væsken, der fylder kavitationshulrummet, vil være i overensstemmelse med ligningen ( 3 ) værdi

, (6)

Går kun ud fra det 10% væskens kinetiske energi omdannes til varme, så vil den maksimale lokale temperaturændring i området for hulrumskollaps ca.

Hvor s @ 4200 J/kg × K er vandets specifikke varmekapacitet. Det er naturligt at antage, at processer på molekylært og atomært niveau er mulige ved så høje temperaturer. Det må antages, at det netop var sådanne beregningsresultater, der førte konstruktørerne af kavitationsvarmegeneratorer til antagelserne om muligheden for "kolde" termonukleære fusionsreaktioner.

Rnrnrn rnrnrn rnrnrn

tabel 1

Vi skal huske på, at de udførte beregninger blev opnået på grundlag af en teori, der tillader en ubegrænset stigning i tryk og hastighed af hulrumsgrænserne i de sidste stadier af lukning i en ideel væske med ultimativ bulkstyrke z, hvis teoretiske værdier er angivet i tabel. 1 . Under påvirkning af tryk og temperaturer kan intermolekylære afstande i en væske ændre sig, og når man når en grænse, der er ret specifik for hver væske, opstår der en diskontinuitet. For eksempel for vand er den intermolekylære afstand L0 @ 3 × 10 -10 m , som giver os mulighed for at bestemme den maksimale trækspænding som . (8)

M. Kornfelds data blev opnået for tilfældet med forekomsten af ​​en konkurrerende dampfase samtidigt i hele væskevolumenet, hvilket aldrig observeres i praksis. Hvis vand havde den angivne styrke, så få kavitation under betingelserne for de anordninger, der diskuteres, ville være umuligt. I praksis kan der opstå dampkerner på grund af termiske udsving under forhold med specielt tilberedte portioner af væsker, der ikke indeholder inhomogeniteter. En stigning i volumen af ​​dampkerner er mulig, hvis trykket af mættede dampe af væsken overstiger det eksterne tryk, dvs.

, (9)

Hvor p sp er væskens mættede damptryk, s L / sp- overfladespændingskoefficient ved væske-damp-grænsen. Antallet af kerner, der er i stand til at miste stabilitet pr. tidsenhed pr. volumenenhed væske, bestemmes af ligningen for Ya.B. Zeldovich [ 5 ]

, (10)

Hvor n 0 - antallet af dannede kerner, F- konstant multiplikator, k B@ 1,4 × 10 -23 J/K er Boltzmann konstanten, T er den absolutte temperatur, A(R 0 ) - arbejde med kernedannelse

det første led karakteriserer mængden af ​​energi brugt på at skabe en fri overflade, det andet led ( 11 ) er arbejdet med at danne et nyt hulrum med en radius R0, den tredje er det arbejde, der kræves for at fylde hulrummet med damp.
For at skabe mikroheterogeniteter i en homogen væske ved ydre kræfter skal der således udføres en vis mængde arbejde. Med andre ord ændringen i væskens tilstand, herunder dannelsen kavitation kerner, skyldes tilførsel af energi fra eksterne kilder. Det resulterende kavitation kernen kan øge eller mindske dens volumen afhængigt af forholdet mellem eksternt tryk og damptryk inde i kernen. Kernens vækstbetingelse kan opnås ved at kombinere ligningerne ( 11 ) Og ( 10 ), dvs. fra ligningen ( 11 ) bestemme værdien R0 og erstatte denne værdi i betingelsen ( 9 )

, (12)

Hvor 1/t = dno/dt, t- ventetid på diskontinuitet af en enhedsvolumen væske. Forudsat at en enkelt kavitation kerne i volumen 1 cm 3 dannet inden for et sekund og tager ifølge Kornfeld A @ 10 3 1 s - 1 m 3 det viser sig

I dette tilfælde

.(12)

Ifølge ( 12 ) trækstyrken for vand er lig med z @ 1,6 × 10 8 Pa, næsten to gange mindre end den teoretiske Kornfeld-værdi og tre gange mindre end den molekylære ligning ( 8 ).

Som etableret eksperimentelt [ 4 - 7 ], kavitation styrken af ​​væsker er flere størrelsesordener lavere end teoretiske værdier. Så for eksempel M.G. Sirotyuk [ 7 ] og G. Flynn [ 6 ] målinger blev offentliggjort kavitation styrken af ​​destilleret renset og postevand. Ved måling af tærskelværdierne for akustisk tryk ved forskellige frekvenser, hvor forekomsten af ​​en konkurrencefase blev registreret, blev minimumstrykværdierne for ubehandlet postevand opnået. sr @ 5 × 10 4 Pa og for destilleret tilberedt vand - sr @ 4 × 10 7 Pa.

Fig.3. Eksperimentelle tærskler for forekomst af kavitation i vand

Hovedårsagen til en så betydelig spredning kavitation styrken af ​​vand er dets heterogenitet, dvs. tilstedeværelse i det kavitation kerner fyldt med gas og væskedamp, med andre ord, fremkomsten af ​​en konkurrerende fase sker på kernerne med kritisk radius, der allerede er til stede i væsken R r når de kommer ind i områder med lavt tryk.

Hvis vi antager, at processen med kerneekspansion forløber i overensstemmelse med det adiabatiske skema, så er forholdet mellem den indledende P G(0) og nuværende P G Trykket af gassen i den volumenforøgende kerne kan repræsenteres på grundlag af Poisson-ligningen kan repræsenteres som følger

Hvor g er det adiabatiske indeks. I dette tilfælde kan de kinematiske parametre for kernerne, der støder op til det skiftende volumen, udtrykkes ved følgende differentialligning [ 5 ]

. (14)

For den maksimale værdi af den radiale hastighedskomponent, i stedet for ligningen ( 5vr (maks.) @ 534 m/s, hvad i 26 gange mindre, den hypotetiske temperaturgradient ifølge ligningen ( 7 ) vil være

,(16)

hvilket er urimeligt mindre end de "fusions"-temperaturer, der er nævnt i publikationer vedr kavitationsvarmegeneratorer. Man skal også huske på, at varmeanlæg anvender almindeligt postevand med et højt indhold af gas, som naturligvis indeholder relativt store Kavitation gasfyldte kerner. Når sådanne kerner kommer ind i zoner med lavt tryk, vil kernerne øge deres volumen til en vis maksimumværdi, og derefter vil deres volumen periodisk ændre sig med deres egen frekvens

. (18)

Den energi, der er lagret i kavitationshulrummet, vil delvist blive genereret i form af akustiske vibrationer, med en omdannelseskoefficient til termisk energi, der ikke overstiger 1% fra hulrummets samlede energi.

Det skal huskes, at hydrodynamiske systemer kavitationsvarmegeneratorer er lukkede (fig. 2), hvilket indebærer tilstedeværelsen af ​​et cirkulationskredsløb. Væsken, der efter kort tid har passeret lavtrykszonen i varmegeneratoren, kommer der igen. En sådan væskecirkulation gennem kavitationszonen er karakteriseret ved hysterese fænomener [ 8 ], når antallet og størrelsesfordelingen af ​​kavitationskerner ændres. kavitation styrken af ​​væskedråberne, gasfyldte bobler cirkulerer i systemet, med størrelser, der ikke tillader dem at nå vandoverfladen i ekspansionsbeholderen (fig. 1).

Baseret på den udførte analyse kan det således konkluderes, at under varmegeneratorers betingelser kan hydrodynamisk kavitation ikke betragtes som en kilde til yderligere energi. Et ensemble af ekspanderende, kollapsende og pulserende kavitation Hulen præsenteres som en slags energi-energitransformer, hvis effektivitet i princippet, som enhver transformer, ikke kan overstige én.

Litteratur

tstu.ru/structure/kafedra/doc/maxp/eito6.doc

Fridman V.M. Ultralyds kemisk udstyr. - M.: Mashinostroenie, 1967. - 211 s.

Potapov Yu.S., Fominsky L.P., Vortex-energi og fra bevægelsesteoriens synspunkt. - Chisinau - Cherkasy: OKO-Plus. ,2000. - 387 s.

Knapp R., Daly J., Hammit F. Kavitation. - M.: Mir, 1974. - 678 s.

Pernik A.D. kavitationsproblemer. - L.: Skibsbyggeri, 1966. - 435 s.

Rnrnrn rnrnrn rnrnrn

Flynn G. Fysik af akustisk kavitation i væsker. I bog. Fysisk akustik, // udg. W. Mason, T 1, - M .: Mir, 1967, S. 7 - 128.

Sirotyuk M.G. Eksperimentelle undersøgelser af ultralydskavitation. I bog. Kraftige ultralydsfelter, red. L.D. Rosenberg, 1968. S. 168 - 220.

Vasiltsov E.A., Isakov A.Ya. Hysterese egenskaber ved kavitation // Anvendt akustik. Problem. 6. -Taganrog: TRTI, 1974. -S.169-175.

Fænomenet kavitation har været kendt inden for videnskab og teknologi i lidt over hundrede år. Overvej denne fysiske proces og omfanget af dens praktiske anvendelse.

Definition

kavitation- (fra latin cavitas - tomhed) - dannelsen af ​​hulrum (kavitationsbobler eller huler) i en væske fyldt med gas, damp eller en blanding af dem. Kavitation opstår som et resultat af et lokalt fald i trykket i væsken, som kan forekomme enten med en stigning i dens hastighed (hydrodynamisk kavitation) eller ved passage af en akustisk bølge af høj intensitet under sjældne halvcyklus (akustisk kavitation) ), er der andre årsager til effekten. Bevæger kavitationsboblen sig med strømmen til et område med et højere tryk eller under en halv cyklus af kompression, kollapser kavitationsboblen, mens den udsender en chokbølge.

Kavitationsnummer

Kavitationsflowet er karakteriseret ved en dimensionsløs parameter (kavitationsnummer):

• P er det hydrostatiske tryk af den indkommende strøm, Pa;
• P s er trykket af væskens mættede dampe ved en bestemt omgivelsestemperatur, Pa;
• ρ er densiteten af ​​mediet, kg/m3;
• V er strømningshastigheden ved systemindløbet, m/s.

Det er kendt, at kavitation opstår, når flowet når grænsehastigheden V = V c , når trykket i flowet bliver lig med fordampningstrykket (mættede dampe). Denne hastighed svarer til grænseværdien for kavitationskriteriet.

Afhængigt af værdien af ​​X kan der skelnes mellem fire typer strømme:

• præ-kavitation - kontinuerlig (enfaset) strømning ved Χ>1;
• kavitation - (to-faset) flow ved x~1;
• film - med en stabil adskillelse af kavitationshulrummet fra resten af ​​det kontinuerlige flow (filmkavitation) ved Χ< 1;
• superkavitationel - ved Χ<<1.

Anmeldelse

Den fysiske proces med kavitation er tæt på processen med væskekogning. Hovedforskellen mellem dem ligger i det faktum, at med en stigning i den relative strømningshastighed i forhold til kroppen, falder strømningstrykket til trykket af mættede dampe (vakuum). I dette tilfælde koger væsken, og der dannes kavitationsdamp-gasbobler af mikroskopisk størrelse. Kavitationsbobler, der falder ind i området med højt tryk, kollapser (tæt, kondenserer) i kumulative stråler til punkter. På disse punkter, og der er et stort antal af dem, fører kumulative effekter til en punktstigning i trykket op til titusindvis af atmosfærer, med dannelsen af ​​punkttemperaturer på titusinder af grader Kelvin. Derudover fører en skarp (pludselig) forsvinden af ​​kavitationsbobler til dannelsen af ​​hydrauliske stød og som følge heraf til skabelsen af ​​en kompressions- og spændingsbølge i en væske med en ultralydsfrekvens. Hvis stødbølgen støder på en forhindring på sin vej, ødelægger den dens overflade. Der er ret mange kavitationsbobler, og deres kollaps sker mange tusinde gange i sekundet, så kavitation kan føre til betydelige skader.

Energien fra kollapsende bobler bruges på udstråling af stødbølger, på lokal opvarmning af gassen indeholdt i de kontraherende kavitationshulrum, på excitation af sonoluminescens, på dannelsen af ​​frie radikaler og også på skabelsen af ​​støj.

Hydrodynamisk kavitation

Opstår i de dele af flowet, hvor trykket falder til en vis kritisk værdi. Boblerne af gas eller damp, der er til stede i væsken, bevæger sig med væskestrømmen og falder ind i det trykområde, der er mindre end det kritiske, får evnen til ubegrænset vækst. Efter overgangen til lavtrykszonen stopper væksten, og boblerne begynder at falde. Hvis boblerne indeholder en tilstrækkelig stor mængde gas, så når de når minimumsradius, gendannes de og udfører flere cyklusser af dæmpede svingninger, og hvis den er lille, kollapser boblen fuldstændigt i den første cyklus.

Således skabes en kavitationszone fyldt med bevægelige bobler nær den strømlinede krop. Sammentrækningen af ​​kavitationsboblen sker ved høj hastighed og ledsages af en lydimpuls, jo stærkere, jo mindre gas indeholder boblen. Hvis graden af ​​udvikling af kavitation er sådan, at mange bobler dukker op og kollapser, så ledsages fænomenet af stærk støj med et kontinuerligt spektrum fra flere hundrede hertz til hundredvis af kilohertz. Spektret udvides mod lave frekvenser, efterhånden som den maksimale bobleradius øges.

Hvis væsken var fuldstændig homogen, og overfladen af ​​det faste stof, som den støder op til, var ideelt befugtet, så ville bruddet ske ved et tryk, der er lavere end væskens mættede damptryk, hvorved væsken bliver ustabil. Vandets teoretiske trækstyrke er 1500 kg/cm. rigtige væsker er mindre holdbare. Den maksimale trækstyrke af omhyggeligt renset vand, opnået ved at strække vand ved 10 grader. er 260 kg/cm. Normalt forekommer brud dog ved mættede damptryk. Den lave styrke af rigtige væsker er forbundet med tilstedeværelsen af ​​kavitationskerner i dem - dårligt fugtede områder af et fast stof, faste partikler, partikler fyldt med gas osv.

En stigning i strømningshastigheden efter indtræden af ​​kavitation medfører en hurtig stigning i antallet af udviklende bobler, hvorefter de går over i en fælles kavitator, og strømningen ændres til en stråle.

For dårligt strømlinede kroppe med skarpe kanter sker dannelsen af ​​en jet-type kavitation meget hurtigt. Tilstedeværelsen af ​​kavitation påvirker driften af ​​hydrauliske maskiner, turbiner, pumper, skibspropeller negativt og tvinger til at træffe foranstaltninger for at undgå kavitation. Hvis dette viser sig at være umuligt, så er det i nogle tilfælde nyttigt at øge udviklingen af ​​kavitation, skabe den såkaldte "superkavitation" -tilstand, som er kendetegnet ved strømmens jetnatur og ved hjælp af en speciel profilering af knivene, giver gunstige driftsbetingelser for mekanismerne. Lukningen af ​​kavitationsbobler nær overfladen af ​​et strømlinet legeme fører ofte til overfladedestruktion, den såkaldte kavitationserosion. For at undgå kollaps af kavitationsbobler er det nødvendigt at tilføre noget gas, for eksempel luft, til området med lavt tryk.

Nyttig anvendelse af kavitation

Selvom kavitation er uønsket i mange tilfælde, er der undtagelser fra dens nyttige anvendelse:

• I industrien bruges kavitation ofte til at homogenisere eller blande og afsætte suspenderede partikler i en kolloid flydende sammensætning, såsom malingsblandinger eller mælk. Mange industrielle blandere er baseret på dette udviklede princip. Dette opnås normalt gennem design af hydrauliske turbiner eller ved at lede blandingen gennem en ringformet åbning, der har et smalt indløb og et meget større udløb: den tvungne reduktion i tryk fører til kavitation, da væsken har en tendens til et større volumen. Denne metode kan styres af hydrauliske enheder, der styrer størrelsen af ​​indløbet, hvilket gør det muligt at justere processen i forskellige miljøer. Den udvendige side af blandeventilerne, hvorpå kavitationsboblerne bevæger sig i den modsatte retning for at forårsage implosion (indvendig eksplosion), er udsat for et enormt tryk og er ofte lavet af ultrastærke eller stive materialer, såsom rustfrit stål, stellit, eller endda polykrystallinsk diamant.

  Som et resultat af mange års forskning skabte specialisterne fra innovations- og udviklingsvirksomheden "Kvarta" en flydende kavitator af deres eget design. Denne kavitator bruger den kombinerede effekt af kumulative dyser og hydrodynamiske stød, hvilket fører til følgende:

  • emulgering af normalt ublandbare produkter (f.eks. olie-vand);
  • bryde lange polymerkæder i olieprodukter, overføre dem til en ny strukturel tilstand;
  • formaling (dispergering) til mikronniveauet af faste partikler i en væske;
  • homogenisering af det forarbejdede produkt;
  • intensivering af kemiske reaktioner med titusinder og nogle gange endda tusindvis af gange;
  • sterilisering af den forarbejdede væske.
  På basis af vores væskekavitator blev der skabt udstyr med en række modifikationer, som kan bruges i forskellige teknologiske processer.
• Til ultralyds overfladerensning anvendes enheder, der skaber kavitation ved hjælp af lydbølger og ødelæggelse af kavitationsbobler. Anvendt på denne måde kan behovet for rengøring fra skadelige kemikalier reduceres i mange industrielle og kommercielle processer, hvor rengøring er påkrævet som et fremstillingstrin. Indtil nu er detaljerne om, hvordan boblerne renser op, ikke fuldt ud forstået.
• Militæret bruger superkavitationstorpedoer, som er pakket ind i store kavitationsbobler. Ved at reducere kontakten med vand markant, kan disse torpedoer bevæge sig meget hurtigere end konventionelle torpedoer. Disse undersøgelser blev udført ved Institut for Hydromekanik ved Ukraines National Academy of Sciences.

Udtrykket "kavitation" kommer fra det latinske - Cavitas(depression, uddybning, hulrum).
Dette udtryk bruges til at betegne en fysisk proces, der forekommer under en række forhold i væsker, og er ledsaget af dannelse og kollaps af et stort antal bobler (hulrum, hulrum).

Kavitation kan groft opdeles i to undertyper efter dens oprindelse: hydrodynamisk og akustisk.
Til gengæld har hydrodynamisk kavitation yderligere to underklasser - lad os kalde dem statiske og dynamiske.

Hvad er kavitation som en proces med fysiske og kemiske egenskaber?
Effekten af ​​kavitation accelererede udfældningen af ​​salte fra vandet, hvilket førte til blokering af pumpehjulet på NVV-25-pumpen.

P (atm.)	T°C
0.01	6.7
0.02	17.2
0.04	28.6
0.1	45.4
0.2	59.7
0.3	68.7
0.4	75.4
0.5	80.9
0.6	85.5
0.7	89.5
0.8	93
0.9	96.2
1	99.1
1.033	100

Vand i naturen er ikke et homogent og rent medium uden urenheder. Alle væsker er opløsninger, hvori en tilstrækkelig stor mængde urenheder, hovedsageligt atmosfæriske gasser. Fra atmosfærisk luft opløses næsten dobbelt så meget nitrogen i vand som ilt.

Så i 1 liter vand ved en temperatur på 20 ° C opløses cirka 665 ml kuldioxid, og ved 0 ° C - tre gange
mere, 1995 ml. Ved en temperatur på 0°C i en liter H2O kan opløses: Han- 10 ml, H2S- 4630 ml.

En stigning i tryk medfører en stigning i opløseligheden af ​​gasser.

For eksempel ved et tryk på 25 atm opløses 16,3 liter kuldioxid i 1 liter vand og ved 53 atm - 26,9. Sænkning af trykket giver henholdsvis den modsatte effekt. Hvis du efterlader en beholder med vand natten over, dannes der gasbobler på væggene. Endnu tydeligere og hurtigere kan det ses i et glas sodavand. I processen med at koge vand ser vi også dannelsen af ​​bobler med gas og damp.

Kavitation (termisk) i en vis forstand - den samme kogeproces, forårsaget ikke kun af en stigning i temperaturen
(selvom dette også er en af ​​faktorerne i dannelsen af ​​kavitation.) I en kombination af to faktorer, forhøjet temperatur og reduceret tryk over væsken, sker der en kavitationsproces, hvor væsken går over i en gas-vand-blanding.

Udpumpning af luft fra en glasflaske med en vakuumpumpe - Vi får processen med kavitation "kogende" ved stuetemperatur.

Video demonstration af den beskrevne effekt.

Dette er især kritisk og findes oftest i sugepumpesystemer. Løbehjulet eller skruen skaber et vakuum i sugeledningen, som i tilfælde af væskemangel ved indløbet (indsnævring af passagen, et for stort antal rørledningsdrejninger osv.) skaber betingelser for kavitationskogning af væsken .

Meget ofte stiller kunderne spørgsmålet - hvorfor er det umuligt at suge væsker op med høje temperaturer? Svaret ligger på overfladen – når trykket i sugerøret falder, går det meste af vandet over i den næste aggregeringstilstand, den såkaldte. en vand-gas blanding (med andre ord kavitation kogende vand), som i princippet ikke længere kan hæves med en konventionel vandpumpe.
En opløsning af en væske med en gas er i ligevægt under normale forhold, dvs. trykket i væsken er større end gassens mættede damptryk, og systemet er stabilt. I de tilfælde, hvor denne ligevægt er forstyrret i systemet, og der dannes kavitationsbobler.
Lad os overveje tilfældet med kavitationsdannelse i et statisk system.

Oftest dannes kavitation i området placeret på pumpens trykledning, i tilfælde af dens indsnævring.
De der. væsketrykket efter indsnævringen falder (ifølge Bernoullis lov), pga tab og øget kinetisk energi.
Det mættede damptryk bliver større end det indre tryk i væsken med dannelse af bobler/huler. Efter at have passeret gennem den smalle del (dette kan være en ventil på klem, lokal forsnævring osv.), falder strømningshastigheden, trykket stiger, og gas- og dampboblerne kollapser. Desuden er den frigivne energi i dette tilfælde meget, meget stor, som et resultat af hvilket (især hvis dette sker i bobler placeret på væggene) opstår mikrohydrauliske stød, hvilket forårsager skade på væggene. På samme tid, hvis der ikke træffes foranstaltninger, vil processen nå fuldstændig ødelæggelse af pumpedelens vægge. Vibrationer og øget støj i pumpe og rør er de første tegn på kavitation.

De vigtigste svage punkter i hydrauliske systemer er steder med indsnævring, en skarp ændring i væskestrømningshastigheden (ventiler, haner, skydeventiler) og pumpehjul. De bliver mere sårbare med stigende overfladeruhed.

Regnskab for pumpens kavitationsreserve på stadium af systemdesign.

For at beregne den tilstrækkelige kavitationsreserve af systemet er det nødvendigt at beregne
H- den maksimalt mulige sugehøjde under givne forhold, for en given pumpe og dens ydeevne.
,Hvor
hf- tab i sugeledningen (m.w.st.) i meter vandsøjle,
hv- væskens mættede damptryk ved driftstemperatur (m),
hs- sikkerhedsmargin accepteret af designere - 0,5 m.w.st.,
Pb- tryk over væsken - i et åbent system er dette atmosfærisk tryk, omtrent lig med 10,2 m.w.st. ( Pb*10,2)
Pumpekarakteristik NPSH(Netto positivt sugehoved) betyder sugehøjden målt ved pumpens sugeindløb, korrigeret for mætningsdamptrykket for den pågældende væske, der pumpes, ved den maksimale pumpekapacitet.

De der. formlens fysiske betydning H= Pb*10,2 - NPSH - Hf - Hv - Hs er, at ved pumpens maksimale driftsparametre ville vakuumet i dens sugerør ikke overstige trykket af væskens mættede dampe ved driftstemperatur, dvs. systemet ville have det bagvand, der kræves til kavitationsfri drift.

Herfra er andre måder at reducere sandsynligheden for kavitation ret indlysende på:
- ændre sugediameteren til en større - for at reducere tab ( hf),
- flyt pumpen tættere på væskeindtagspunktet - reducer tab ( hf),
- læg et glattere rør, reducer antallet af omdrejninger, skydeventiler, ventiler - reducer tab ( hf),
- reducere vakuumet ved suget ved at ændre højden på pumpeinstallationen eller bruge booster pumpeudstyr - øge ( Pb),
- reducere væskens temperatur - reducere ( hv),
- reducere pumpens ydeevne, reducere antallet af omdrejninger - sænke ( NPSH).
Alle disse tiltag har til formål at reducere muligheden for kavitation i pumpen og føre til langsigtet og sikker drift af pumperne.

Enheden er designet til intensiv behandling af væskestrømme for at øge deres energimætning. Formålet med opfindelsen er at stabilisere kavitationens karakteristika, reducere erosionen af ​​dele af apparatet, opnå energimættede væskestrømme, herunder vand. Enheden er lavet i form af et rør, der ved indløbet indeholder et endedæksel - en strømningsaccelerator, en cylindrisk kammerstrømseparator, en kammerkappe, en strømningsmodtager, en kavitationsindsatsdyse placeret i et forvirrende kammer lavet i form af en ringformet kanal og et lyddæmperkammer. Væskestrømmen, der tilføres gennem kanalerne i endehætten, i det cylindriske kammer, er på grund af rotation opdelt i en perifer opvarmet og en aksial, koldere. Den perifere strøm gennem strømningsmodtageren kommer ind i den indre del af kavitationsindsatsdysen, den aksiale strøm gennem kanalerne i endehætten går ind i kappekammeret og fra den gennem de radiale kanaler - ind i forvirringskammeret. Når to strømninger blandes, opstår der kavitation ved udløbet af dysen, som et resultat af hvilken kinetisk energi, der akkumuleres under bevægelse, omdannes til termisk energi, væsken opvarmes. Det tekniske resultat, der opnås i apparatet med det foreslåede design, er stabilisering af kavitationskarakteristika, forøgelse af intensiteten af ​​processen ved at øge antallet af kavitationsgenereringspunkter, opnåelse af en energimættet væskestrøm og forenkling af styringen af ​​apparatet. 1 syg.

Opfindelsen angår området teknisk hydrodynamik og kan anvendes i indretninger designet til intensiv behandling af fluidstrømme for at øge deres energi. Kavitation refererer til fysiske fænomener, hvis industrielle anvendelse i øjeblikket aktivt udvikles uden at blive udforsket fuldt ud. Afhængigt af kavitationsapparatets design kan kavitationseffekten på et flydende medium være forskellig: kumulativt stød, energi, ionisering osv. Der kendes en kavitationsanordning indeholdende en ultralydsaktivator, hvor kavitationseffekten opstår på grund af skabelsen af et periodisk skiftende tryk. Som et resultat omdannes den kinetiske energi til ioniseringsenergien af ​​væskemolekylerne (US Pat. RF 2054604, F 24 J 3/00, 1995). Ulempen ved denne enhed er kompleksiteten af ​​dens design. En anordning er kendt for at øge energien af ​​en væske for at lette dens pumpning, indeholdende et kaviterende Venturi-rør, i hvilket fluidtryksvingninger genereres (Ed. Cert. USSR 543824, F 28 F 13/10, 1977). Ulempen ved den kendte anordning er den lave intensitet af kavitation skabt i den. Der kendes en indretning til at sprede en væske, omfattende et hus, hvori en gas-væske-blanding sprøjtes ind gennem en tangentielt placeret fitting, og et sfærisk dæksel placeret på den modsatte ende af huset. Der dannes en hvirvlende strøm i kroppen, som laver en løkkebevægelse ved det sfæriske dæksel, vender tilbage til begyndelsen af ​​bevægelsen, hvor den udledes gennem den centrale dyse, hvorved væsken spredes (Red. Svid. USSR 1685543, B 05 B 7/10, 1991 ) Designet af denne enhed er rettet mod at opnå en fint dispergeret væske uden at ændre dens energikarakteristika. Den nærmeste analog i teknisk essens er et hydrodynamisk kavitationsapparat lavet i form af et rør, der indeholder et indløb og udløb, et cylindrisk kammer, et kavitationsindsats og et forvirringskammer (Fedotkin I.M., Nemchin A.F. Brug af kavitation i teknologiske processer. Kiev. Vishcha skole, 1984, s. 12-13, 32). En ulempe ved det kendte apparat er modtageligheden for erosion af kavitationssteder, ustabiliteten af ​​kavitationsprocessens karakteristika og vanskeligheden ved at styre apparatet. Det tekniske resultat, der opnås i apparatet med det foreslåede design, er stabilisering af kavitationskarakteristika, forøgelse af intensiteten af ​​processen ved at øge antallet af kavitationsgenereringspunkter, opnåelse af en energimættet væskestrøm og forenkling af styringen af ​​apparatet. Dette resultat opnås på grund af det faktum, at det hydrodynamiske kavitationsapparat, fremstillet i form af et rør indeholdende et indløb og udløb, et cylindrisk kammer, en kavitationsindsats og et forvekslingskammer ifølge opfindelsen, er udstyret med et endedæksel , et koaksialt kappekammer, en flowmodtager, et lyddæmperkammer, desuden indeholder endedækslet perifere tangentielle kanaler til tilførsel af væske fra pumpen til det cylindriske kammer og kanaler til at forbinde det cylindriske kammer med kappekammeret og er placeret i indløbet , flowmodtageren er cylindrisk-konisk med huller og spiralkanaler, der forbinder det cylindriske kammer med kavitationsindsatsen, og er placeret ved udgangen fra det cylindriske kammer, kavitationsindsatsen er lavet i form af en koaksial dyse og er placeret i en forvekslingskammer lavet i form af en ringformet kanal og forbundet med kanaler til kappekammeret, og lyddæmperkammeret er placeret ved udgangen af ​​apparatet. Apparatets hydrodynamiske kavitationsapparat i længdesnit er vist på tegningen. Indretningen er lavet i form af et rør, som ved indløbet er begrænset af en endehætte 1, der spiller rollen som en strømningsaccelerator, i hvilken der er lavet perifere tangentielle kanaler 2, gennem hvilke væske tilføres fra pumpen til et cylindrisk kammer 3. Fra den modsatte ende er kammeret begrænset af en strømningsmodtager 4 med cylindrisk overflade med spiralkanaler 6 med indgang gennem huller 5 til forbindelse med en kavitationsindsatsdyse 7 placeret i et forvirrende kammer 8. En ringformet kammerkappen 9 er forbundet med et cylindrisk kammer ved hjælp af kanaler 10 til et forvirrende kammer ved hjælp af kanaler 11. Forvirringskammeret passerer ind i et lyddæmperkammer 12, hvorfra væsken udledes gennem udløbet. Enheden fungerer som følger. Væsken pumpes ind i det cylindriske kammer 3 gennem de perifere tangentielle kanaler 2, der er placeret i dækslet, hvis tværsnit gør det muligt at øge den perifere strømningshastighed. Når de tangentielle kanaler forlader det cylindriske kammer, opvarmes den hvirvlende strøm på grund af ekspansion og udfører yderligere rotations-translationel bevægelse i retning af strømningsmodtageren med et øget tryk i periferien af ​​det cylindriske kammer og et reduceret tryk i aksial del af strømmen. Som følge heraf vender en del af flowet rundt og foretager en rotations-translationsbevægelse i lavtrykszonen, rettes mod låget, mens der dannes kavitationsbobler i lavtrykszonen. Efter at have nået strømningsmodtageren 4 går den perifere strøm gennem hullerne 5 ind i spiralkanalerne 6, passerer gennem hvilke den øger sin periferihastighed og derefter ind i det indre hulrum af kavitationsindsatsdysen 7. Den hvirvlende aksiale strømning med reduceret tryk Efter at have nået endedækslet af det cylindriske kammer accelereres gennem indløbet i midten af ​​dækslet og de radiale kanaler 10 i det og ledes til kappekammeret 9. Når det kommer ind i kappekammeret, udvides strømmen og delvis opvarmes opstår. Fra kappekammeret går strømmen gennem kanalerne 11 ind i den ringformede kanal af forvekslingskammeret 8. To strømninger: rotations-translationel, dannet i kavitationsindsats-dysen 7 og translationel fra forvekslingskammeret 8 i den smalle del af den ringformede kanal mødes og blandes med forskellige hastigheder og tryk. Dette fører til fremkomsten af ​​det maksimale antal kavitationsbobler af en vis størrelse. Når de kollapser, omdannes kinetisk energi til termisk energi, som et resultat af, at væskens temperatur stiger. I lyddæmperkammeret 12 slukkes turbulente-kavitationsprocesser, den laminære strøm af den opvarmede væske kommer ind i rørledningen gennem udløbet og vender tilbage til apparatet gennem pumpen for yderligere opvarmning. Når væsken når den nødvendige temperatur, bruges den til opvarmning. Når det bruges som væske, vand i én passage i et volumen på 12 kubikmeter. m/t gennem et kavitationsapparat med en diameter på 160 mm stiger temperaturen med mindst 2 grader C. Mængden af ​​inkrementel energi er mindst 26.300 kJ med energiforbruget til pumpning af vand på 18.000 kJ. Hvis den energi, der bruges til at pumpe vand, bruges til direkte elektrisk opvarmning af vand, vil temperaturstigningen ikke overstige 0,35 grader C ved samme vandstrømningshastighed og under forudsætning af 100 % effektivitet.

Påstand

Hydrodynamisk kavitationsapparat fremstillet i form af et rør indeholdende indløb og udløb, et cylindrisk kammer, en kavitationsindsats og et forvirrende kammer, kendetegnet ved, at det er udstyret med et endedæksel, et koaksialt kappekammer, en flowmodtager, et lyddæmperkammer , og endedækslet indeholder perifere tangentielle kanaler til tilførsel af væske fra pumpen til det cylindriske kammer og kanaler til at forbinde det cylindriske kammer med kappekammeret og placeret i indløbet, flowmodtageren er cylindrisk-konisk med huller og spiralkanaler, der forbinder cylindrisk kammer med kavitationsindsatsen, og er placeret ved udgangen af ​​det cylindriske kammer , kavitationsindsatsen er lavet i form af en koaksial dyse og er placeret i et forvekslingskammer lavet i form af en ringformet kanal og forbundet med kanaler til kappekammeret, og lyddæmperkammeret er placeret ved udgangen af ​​apparatet.