Виды кавитации

Какие бывают виды кавитации? Для чего используют это явление в промышленности? Обо всем этом разберемся более подробно в рамках данной статьи.

Гидродинамическая кавитация

Это явление образования в жидкости каверн (пустот), заполненных растворенными в ней газами и паром. Каверны возникают при обтекании жидкостью препятствия или, наоборот, при перемещении препятствия (лопатки) относительно жидкости.

Образованные каверны в жидкости распадаются на мельчайшие кавитационные пузырьки, которые при определенных условиях лопаются. При их лопании развиваются:  локальное давление до 103 Па, кумулятивные струи со скоростями 700 – 800 м/с, удельная локальная энергия доходит до 10 кВт/м3.

При жестких режимах кавитации с предварительным вакуумированием наблюдается рентгеновское и нейтронное излучение, люминесцентное свечение среды, реализуется ее внутренняя энергия и происходят процессы на ядерном уровне.

Кавитация разрушает все, против нее нет стойких материалов. Поэтому с минимальными энергозатратами ведутся процессы диспергирования, эмульгирования, активации, дробления, разделения, смешивания, получения энергии и интенсификации любых технологических процессов.

Кавитационные аппараты

Основанные на явлении гидродинамической кавитации, представляют  собой эффективное смешивающее, активирующее, диспергирующее и гомогенизирующее оборудование нового поколения, способное значительно интенсифицировать, ускорять технологические процессы в жидких средах, значительно снижая при этом затраты энергии и ресурсов.

Эти аппараты можно классифицировать достаточно полно, если за основу взять деление по таким характерным признакам, как режим работы, способ подачи или удаления газовой фазы, тип конструкции всего аппарата и его рабочих органов.

Известно, что в кавитационных аппаратах могут осуществляться два режима кавитации – природный и искусственный. Естественная кавитация возникает в жидких средах, когда давление в потоке жидкости падает и достигает величины давления насыщенных паров жидкости при данной температуре. Возникает разрыв жидкой фазы с образованием кавитационных каверн и кавитационных пузырьков, заполненных паром и диффундирующими газами, растворенными в жидкости.

Естественная кавитация характеризуется двумя стадиями: начальной или пузырьковой, и развитой, так называемой суперактивацией.

Пузырьковая кавитация характеризуется наличием кавитационного поля, которое состоит из зоны пониженного давления, заполненной отдельными кавитационными пузырьками и их скоплениями, и зоны повышенного давления, где происходит разрыв кавитационных пузырьков с образованием микропотоков со скоростью 50-1500 м/с и давлением в местах разрыва (10-15)-102 МПа.

Отличительной способностью суперактивации является образование устойчивой каверны, размеры которой превышают размеры кавитатора в 1-5 раз и более, а хвостовая часть пульсирует, периодически насыщая поток кавитационными пузырьками. Режим суперактивации нашел применение в процессах смешивания, дегазации, испарения, контактном нагреве.

Искусственная кавитация возникает в потоке жидкости при вентилировании кавитационной каверны газовой фазой. Подача газовой фазы может быть принудительной, под давлением, или путем самовсасывания.

Искусственная кавитация характеризуется двумя типами выноса газовой фазы из кавитационной каверны: пульсационным, при малых расходах газовой фазы, и непрерывным вынесением по вихревым потокам при значительных относительных расходах газа. Режим искусственной кавитации применяется при аэрации сточных вод, смешивании газа и жидкости, контактном теплообмене, флотации, а также в эжекционном оборудовании и прочее.

Давление в каверне

Для естественной кавитации давление в каверне равно давлению насыщенных паров жидкости при данной температуре. Для искусственной кавитации – это определенное среднее давление, которое образуется в каверне в связи с наличием самовсасывания или нагнетания газовой фазы. Оно всегда выше давление насыщенных паров. Это позволяет проводить моделирование кавитационных процессов в более широких пределах, например, когда увеличение скорости потока жидкой фазы вызвало бы кавитацию на стенках рабочей зоны.