Кавитацию – Кавитация. Что это такое, фото до и после, отзывы, противопоказания

Содержание

КАВИТАЦИЯ — это… Что такое КАВИТАЦИЯ?

где p — давление, r — плотность, а v — скорость. Индексы 0, 1 и 2 относятся к любым трем точкам на данной линии тока. Из указанного равенства следует, что при увеличении скорости понижается местное давление (пропорционально квадрату скорости). Всякая частица жидкости, движущаяся по искривленной линии тока, например, огибающей профиль (рис. 1), ускоряется и претерпевает понижение местного давления. Если давление снижается до давления насыщенного пара, то возникает кавитация. Таков механизм явления кавитации на подводных крыльях, гребных винтах, лопатках турбин и лопастях насосов.

В случае жидкости, текущей по трубе, согласно закону сохранения массы (уравнению неразрывности), скорость жидкости увеличивается в местах сужения трубы, где также возможна кавитация.

Явление кавитации совершенно одинаково и для потока, обтекающего неподвижное тело, и для среды, в которой движется тело. В обоих случаях важны лишь относительная скорость и абсолютное давление. Соотношение между давлением и скоростью, при которых происходит кавитация, дается безразмерным критерием s, который называется кавитационным коэффициентом (числом кавитации) и определяется выражением


где pv — давление насыщенного пара жидкости при данной температуре.
Типы кавитации. На рис. 2 представлена кавитация на неподвижном подводном крыле, снятая в высокоскоростной гидродинамической трубе. При определенной скорости течения воды местное давление у поверхности крыла понижается до давления водяного пара. На поверхности крыла появляются кавитационные каверны. Пузыри растут, смещаясь в направлении течения. (Поскольку пузыри образуются возле поверхности крыла, они имеют полусферическую форму.) Такой тип кавитации называется нестационарной (сбегающей) пузырьковой кавитацией. Если на поверхности имеется какой-нибудь выступ, то пузыри концентрируются на нем. Такая стационарная кавитация тоже показана на рис. 2.

Рис. 2. КАВИТАЦИЯ НА ПОДВОДНОМ КРЫЛЕ. Сбегающая и стационарная кавитация на крыле, установленном в высокоскоростной гидродинамической трубе.

Кавитация может происходить в зоне вихрей, образующихся в местах повышенного сдвига и пониженного давления. Вихревая кавитация часто наблюдается на передней кромке подводных крыльев, на передних кромках лопастей и позади ступицы гребного винта. Возможно одновременное возникновение разных типов кавитации. На рис. 3 представлен морской гребной винт с вихревой кавитацией на передних кромках лопастей, стационарными кавитационными кавернами на поверхности лопастей и присоединенной вихревой кавитацией позади ступицы. Кавитация в жидкости, вызываемая звуковой волной, называется акустической.

Рис. 3. КАВИТАЦИЯ НА ГРЕБНОМ ВИНТЕ: вихревая на кромке лопасти (справа), вихревая на ступице (слева) и пузырьковая на лопасти (посередине).
Кавитация и техника. Скорость течения обычно сильно снижается у задней кромки профиля. Здесь давление становится выше давления пара. Как только условия, благоприятные для кавитации, исчезают, пузырьки тут же схлопываются. Энергия, высвобождающаяся при схлопывании пузырей, весьма значительна.
Эрозия. Большая энергия, рассеиваемая при схлопывании кавитационных пузырей, может приводить к повреждению поверхностей подводных конструкций, гребных винтов, турбин, насосов и даже узлов ядерных реакторов. Масштабы такого явления, называемого гидравлической эрозией, могут быть разными — от точечной поверхностной эрозии после многих лет эксплуатации до катастрофического выхода из строя больших конструкций.
Вибрация. Кавитация на гребных винтах может вызывать периодические колебания давления, действующего на корпус судна и силовые установки. Кавитационная вибрация судна создает дискомфортные условия для пассажиров и команды.
КПД и скорость. Кавитация может существенно увеличивать гидродинамическое сопротивление, в результате чего снижается коэффициент полезного действия гидравлического оборудования. Чрезмерная кавитация на гребном винте может уменьшить его тягу и ограничить максимальную скорость судна; кавитация может также быть причиной снижения производительности турбины или насоса и даже срыва его работы.
Шум. Некоторая часть энергии, высвобождающейся при схлопывании кавитационных пузырей, преобразуется в звуковые волны. Такой шум особенно нежелателен на военно-морских судах, поскольку повышает вероятность их обнаружения. Как правило, кавитация нежелательна (в морской и турбонасосной технике). Но в некоторых случаях ее вызывают намеренно. Примером может служить кавитационный гидромонитор. Большая энергия, высвобождающаяся при схлопывании кавитационных пузырей в водяной струе, используется для бурения (за счет эрозии) горных пород и для обработки поверхностей.
Биологическое действие. При ультразвуковом медицинском обследовании в биологических тканях могут возникать и расти кавитационные пузырьки. При наличии кавитации ультразвук большой интенсивности может вызвать повреждение тканей.
См. также
ГИДРОАЭРОМЕХАНИКА;
ГИДРОЛОКАТОР;
УЛЬТРАЗВУК.
ЛИТЕРАТУРА
Кнэпп Р., Дейли Дж., Хэммит Ф. Кавитация. М., 1974 Акуличев В.А. Кавитация в криогенных и кипящих жидкостях. М., 1978 Левковский Ю.Л. Структура кавитационных течений. Л., 1978 Иванов А.Н. Гиродинамика развитых кавитационных течений. Л., 1980

Энциклопедия Кольера. — Открытое общество. 2000.

dic.academic.ru

Что такое Кавитация в косметологии и эстетической медицине

Здесь кавитация применяется в следующих сферах:

— лечение и очистка гнойных ран;

— дезинфекция растворов;

— эмульгирование растворов;

— стоматология;

— ЛОР практика для создания ингаляционных смесей.

Помимо этого, кавитация играет важную роль для уничтожения камней в почках посредством ударной волны литотрипсии.

Кавитация в эстетической медицине

Суть методики кавитации для лечения целлюлита и излишних жировых отложений заключается в воздействии низкочастотного ультразвука на жировую ткань. Как известно, ультразвук является акустической волной, а клетки организма содержат большое количество жидкости. Таким образом, возникла идея, что в жировых клетках также возможно возникновение кавитационных эффектов и эта идея оказалась верной.

В основе процедуры лежит способность ультразвука определенной частоты (38 – 41 КГц, при давлении 0,6 КПа) вызывать в жировых клетках эффект кавитации, то есть образования микропузырьков. Они увеличиваются в размерах и при размягчении выделяют энергию, которая разрушает мембраны жировых клеток. Освобожденный жир попадает в лимфу и кровоток и постепенно выводится из организма через печень. Ультразвуковая кавитация позволяет направленно разрушать жировые отложения, причем делать это нетравматично и безболезненно – во время процедуры пациент ощущает лишь приятное тепло и легкое покалывание.

Помимо разрушения жировых отложений, процедура кавитации улучшает систему кровоснабжения и дренаж тканей. За счет восстановления коллагеновых и эластиновых волокон происходит разглаживание морщин и складок, восстанавливаются цвет и эластичность кожи.

Ход процедуры

В ходе процедуры рабочей манипулой аппарата для ультразвуковой кавитации обрабатывается зона площадью 25 на 25 см

2. Длительность процедуры ультразвуковой кавитации составляет не более 60 мин. Сеансы можно делать не чаще 1 раза в 10 дней. Курс состоит из 3 – 4 сеансов. В случае необходимости проводится поддерживающее лечение 1 – 3 процедуры через 6 месяцев. Данная процедура проводится совместно с лимфодренажными процедурами, которые позволяют ускорить процесс выведения продуктов распада жировых клеток через кровеносную и лимфатическую системы. Общее время сеанса ультразвуковой кавитации с последующим лимфодренажем составляет 1 – 1,5 часа.

Эффект заметен сразу же после первого сеанса и усиливается в последующие несколько дней. За один сеанс может быть выведено из организма до 15 см3 жира. Это соответствует потере объема в талии от 3 до 5 см после одного сеанса кавитации.

После удаления расщепленных продуктов, накопление жира в обработанной области становится крайне затруднительным. Пациент теряет после процедуры, как объем, так и вес. Но надо учитывать, что жировая ткань, занимая большой объем, имеет невысокую плотность и является вследствие этого достаточно легкой, поэтому, прежде всего, клиент замечает потерю объема. Следует придерживаться активного образа жизни, правильного питания и питьевого режима.

Использование кавитации дает заметное уменьшение жировых отложений в следующих проблемных зонах:

— талия и живот;

— ягодицы;

— бедра, зона «галифе»;

— спина и шея;

— плечи, предплечья, руки;

— колени.

Противопоказания

Так как продукты распада жировых клеток всасываются в кровь, а затем выходят из организма через печень, то в первую очередь необходимо узнать, не было ли у пациента заболеваний печени, гепатита.

Кавитационная коррекция противопоказана в следующих случаях:

— беременность и период лактации

— гнойные процессы и повреждения кожи в области процедуры

— заболевания почек, почечная недостаточность, камни в почках

— злокачественные и доброкачественные опухоли, кроме липомы

— металлические имплантаты и конструкции в зоне воздействия

— мочекаменная болезнь

— наличие имплантатов, рубцов, шрамов и татуировок в зоне воздействия

— наличие имплантированного электрокардиостимулятора

— нарушение ритма сердца

— нарушение свертываемости крови

— нарушения иммунной системы и системы кровообращения

— остеопороз

— острый тромбофлебит

— период менструального цикла

— протезы тазобедренных и коленных суставов

— пупочная грыжа

— сахарный диабет

— туберкулез

— хронические заболевания печени, гепатит.

 Относительные противопоказания:

— поверхностные и срединные пилинги, проведенные менее чем за 3 недели до процедуры;

— инсоляция (прием солнечных ванн, или солярий) в последние 3 недели перед процедурой.

Побочные эффекты

Несмотря на то, что многие специалисты считают кавитацию абсолютно безопасной, у этого метода коррекции фигуры есть немало побочных действий.

При разрыве мембраны жировой клетки все содержимое выливается в межклеточное пространство. Жировая эмульсия, вода, токсины, патогенные микроорганизмы (вирусы, бактерии), которые всегда присутствуют в жировых клетках, оказываются в разлитом виде в открытом пространстве. Далее 90% продуктов распада всасывается в лимфатическую систему и 10% в микрососуды кровеносного русла. Все эти шлаки разносятся по организму, вызывая воспаление тканей и органов.

Среди побочных эффектов можно выделить наиболее частотные:

— «жирный» стул – признак воспаления кишечника. Это серьезная нагрузка на кишечник и поджелудочную железу, которая не успевает вырабатывать фермент – липазу. Повышается вероятность нарушения клеточного и химического иммунитета в просвете кишки. А это открытый путь к болезни Крона;

— обезвоживание тканей. При разрыве клетки сначала уменьшается объем клеточной жидкости (66%), затем внеклеточной (26%). Далее вода уходит из кровяного русла (8%). Это компенсаторная реакция организма, для  обеспечения головного мозга водой, которая необходима для удаления токсинов и отмерших клеток;

— ультразвуковая волна частотой 38 – 41 КГц проникает в ткани, вызывает деструкцию тканей. Разрушение мембран жировых клеток происходит при селективном воздействие ультразвука (35 – 40 кГц.) и давлении 0,6 кПа – так возникает эффект кавитации. При выполнении процедуры, энергия от ультразвука воздействует на один и тот же участок ткани некоторое время. Возникает увеличение температуры на поверхности кожи, которое может привести к денатурации белка – то есть к ожогу. При этом температура может достигать 100

о С. В ткани жировой клетчатки расположены многочисленные кровеносные сосуды и нервы. А значит, под действием кавитации разрываются мелкие кровеносные сосуды и нервы, а также повреждаются мышечные ткани, клетки эпидермиса и др. Могут появляться ожоги наружных кожных покровов;

— доказано неблагоприятное воздействие ультразвука на самого врача, который долгое время находится под влиянием ультразвука. Имеются сообщения, что рано или поздно поражаются кисть руки, которой врач держит датчик.

Рекомендации перед проведением сессии кавитации

— в течение 3 дней до начала сессии не употреблять алкоголь;

— в течение 3 дней до сессии не желательно есть жирной, жареной и острой пищи, чтобы снизить нагрузку на печень и почки;

— в течение 3 дней до начала сессии необходимо выпивать не менее 1,5 литров воды в день;

— желательно выпивать 1 литр чистой воды в течение 2 – 3 часов до процедуры;

— эти рекомендации являются актуальными и после кавитации и во время курса. После сессии в течение 2 или 3 дней необходимо ежедневно выпивать не менее литра чистой воды для ускорения вывода продуктов распада из организма.

 

На сегодняшний день кавитация – новый и эффективный метод неинвазивной коррекции фигуры, имеющий немало достоинств по сравнению с другими методиками, но при этом побочные действия кавитации остаются малоизученными, вследствие чего данная процедура еще не получила широкого распространения.

Комментарии к статье

Савченко А.И., врач-физиотерапевт

В центрах красоты Оазис и Московский 80 процедуры кавитации для коррекции фигуры используются уже более 3-х лет.

На данный момент мы имеем достаточно богатый практический опыт работы и наши специалисты выполнили уже сотни процедур кавитации.

Мне не очень понятно откуда у автора статьи такая информация о побочных эффектах. Мы ни разу, ни у одного клиента не наблюдали жирного стула, симптомов обезвоживания и тем более ожогов. Ничего этого нет и не может быть.

То, что касается воздействия на врача. Согласен, что ультразвук может оказывать неблагоприятное воздействия на суставы кистей рук. Это относится к любым ультразвуковым воздействиям в том числе и к медицинским. Но здесь все зависит от того, насколько хорошо сконструирована излучающая рабочая манипула аппарата.

Хороший производитель думает об операторе и его рабочие манипулы будут работать без побочных эффектов для специалиста. Не качественная конструкция манипулы может приводить к тому, что часть ультразвуковых волн будет направленна в сторону руки оператора.

Как сконструирована манипула легко проверить. Надо опустить ее в воду нерабочей стороной, то есть той поверхностью, которую держит в руке специалист.

После этого просто включаете ультразвук и смотрите, что происходит.

Если в воде образуются пузырьки – манипула имеет не качественную конструкцию и будет оказывать влияние на руку оператора. Если пузырьков нет – можно спокойно работать.
Есть производители, которые очень серьезно относятся к конструкции рабочей манипулы.
В их манипулах устанавливается специальный механизм для компенсации ультразвуковых волн, направленных в сторону руки оператора. Такая манипула отличается от обычных большим весом. Это еще один признак качества и безопасности.

В целом можно сказать, что ультразвуковая кавитация – это безопасный и эффективный метод коррекции фигуры. При правильном выполнении и соблюдении протокола практически не бывает побочных эффектов. Из десятков клиентов, проходивших у нас курс ультразвуковой кавитации и лимфодренажных процедур, только у 2 человек были отмечены побочные эффекты в виде обострения болей в области почек и возникновения болей в области печени.

Если говорить об эффективности процедур, то и здесь все в порядке, если правильно   выполнять методику. Наши клиенты теряют 1,5 – 3 см объема и 1 – 1,5 кг веса за цикл состоящий из 1 процедуры кавитации и 3 лифодренажных процедуры. По мере увеличения количества процедур эффект усиливается пропорционально. Привыкания к процедурам не наступает. Наиболее эффективен курс 3-5 процедур кавитации и 12-15 лимфодренажных процедур. Такой курс может дать уменьшение объема до 12-15 см и потерю веса до 5-7 кг.
Хотя надо отметить, что многое зависит от используемого оборудования. Сначала мы работали на аппаратах одной компании и получали, как нам казалось, неплохой эффект.

После того, как наши салоны перешли на работу с аппаратами другого производителя, мы увидели, что эффект от процедур может быть значительно более выраженным.

Это сразу же заметили и клиенты салонов. Они отмечают лучшие результаты от процедур и пишут свои благодарности в книгу отзывов.
Следует также сказать, что аппаратные методы очень выгодны для салонов красоты.
Это в полной мере относится к кавитации. Кроме того, ориентируясь на коррекцию фигуры можно загрузить работой сразу несколько специалистов.

Если вы хотите, чтобы салон приносил хорошую прибыль – присмотритесь к этой методике.

Поэтому мой совет: не бойтесь, приобретайте оборудование и работайте.

 

mediolan.org

Ультразвуковая кавитация: плюсы, минусы, подводные камни

Показания и противопоказания

Кавитация ультразвуком рекомендована всем, кто работает над фигурой и хочет устранить «стратегический запас сала на зиму», но, если у вас есть хронические болезни, обязательно проконсультируйтесь с врачом. Например, при выведении расщепленных жировых клеток увеличивается нагрузка на печень, поэтому при заболеваниях этого органа процедуры ультразвуковой кавитации под запретом.

Вот противопоказания, при которых от вакуумной и «обычной» ультразвуковой кавитации надо отказаться:

  • сахарный диабет;
  • сосудистые «звездочки» на ногах, варикоз, тромбофлебит;
  • хронические заболевания печени и почек;
  • воспалительные заболевания кожи;
  • хронические инфекционные заболевания;
  • наличие кардиостимулятора или металлических имплантатов в теле;
  • онкологические заболевания;
  • ожирение 2-й и 3-й степени.

Кавитация помогает вернуть тело в форму после беременности и родов, однако непосредственно во время вынашивания ребенка и кормления грудью ее делать нельзя.

Сеанс кавитации стоит перенести, если вы плохо себя чувствуете, простудились, поднялась температура.

Ну а тем, кому можно, — на каких частях тела применяется ультразвуковая кавитация?

На всех проблемных областях, включая те, которые упорно не худеют, даже если вы строго соблюдаете диету и регулярно потеете в зале, — это так называемые жировые ловушки:

  • очень популярна ультразвуковая кавитация живота, но следует помнить, что нельзя прорабатывать его нижнюю часть, где расположены репродуктивные органы;
  • кавитация боков и нижней части спины убирает несимпатичные складочки и делает талию уже;
  • кавитация бедер устраняет жировые отложения на внешней стороне бедра, которые в народе носят милое название «жопьи ушки», делает ноги стройнее и разглаживает «апельсиновую корку»;
  • процедура приводит в порядок еще одну непростую зону — руки, подтягивая дряблую кожу с жирком на внутренней поверхности плеч, что позволяет красиво носить маечки на бретельках;
  • проработка ягодиц делает их более упругими;
  • применяют УЗ-кавитацию и для лица, чтобы смоделировать четкий овал и скорректировать второй подбородок.

Главный плюс этого способа коррекции фигуры — то, на что не способны диеты: локальное устранение жира. Да-да, убрать только вот эту мерзкую складку, а грудь чтобы осталась прежних объемов!

Еще одно преимущество — абсолютный комфорт на процедуре кавитации и после нее. Вам не будет больно — вероятно, будут легкие покалывания. Не останется синяков или отеков, не нужно будет восстанавливаться.

Безоперационная липосакция считается безопасным методом, но все же возможны побочные эффекты. На коже могут появиться жировики — таким образом жировая ткань, не желая покидать ваше тело, меняет свою локацию. При непрофессиональном выполнении процедуры легко навредить сосудам — на ногах появляются сеточки, которые в дальнейшем могут привести к варикозному расширению вен. Самое опасное из нежелательных последствий — воспаление внутренних органов, которое может возникнуть из-за того, что продукты разрушения жировых клеток разносятся кровеносной системой по всему организму.

Чтобы избежать всех этих ужасов, необходимо полностью убедиться в отсутствии у себя противопоказаний, ответственно отнестись к выбору клиники и врача-косметолога, которому доверите свое тело, и выполнять все его рекомендации — о них ниже.

flacon-magazine.com

Кавитация — Википедия

Кавитационный след гребного винта

Кавита́ция (от лат. cavita — пустота) — процесс образования и последующего схлопывания пузырьков вакуума в потоке жидкости, сопровождающийся шумом и гидравлическими ударами, образование в жидкости полостей (кавитационных пузырьков, или пустот), которые могут содержать разреженный пар. Кавитация возникает в результате местного понижения давления в жидкости, которое может происходить либо при увеличении её скорости (гидродинамическая кавитация), либо при прохождении акустической волны большой интенсивности во время полупериода разрежения (акустическая кавитация), существуют и другие причины возникновения эффекта. Перемещаясь с потоком в область с более высоким давлением или во время полупериода сжатия, кавитационный пузырёк схлопывается, излучая при этом ударную волну. В своей основе кавитация имеет тот же механизм действия, что и ударная волна в воздухе возникающая в момент преодоления твердым телом звукового барьера.

Явление кавитации носит локальный характер и возникает только там, где есть условия. Перемещаться в среде возникновения не может. Кавитация разрушает поверхность гребных винтов, гидротурбин, акустических излучателей, деталей амортизаторов, гидромуфт и др. Кавитация также приносит пользу — её применяют в промышленности, медицине, военной технике и других смежных областях.

Обзор

Согласно определению Кристофера Бреннена: «Когда жидкость подвергается давлению ниже порогового (напряжению растяжения), тогда целостность её потока нарушается, и образуются парообразные полости. Это явление называется кавитацией. Когда местное давление жидкости в некоторой точке падает ниже величины, соответствующей давлению насыщения при данной окружающей температуре, тогда жидкость переходит в другое состояние, образуя, в основном, фазовые пустоты, которые называются кавитационными пузырями. Возможно и другое образование кавитационных пузырей путём местной подачи энергии. Это может быть достигнуто фокусировкой интенсивного лазерного импульса (оптическая кавитация) или искрой электрического разряда».

Во многих источниках физика этого явления объясняется следующим образом. Физический процесс кавитации близок процессу закипания жидкости. Основное различие между ними заключено в том, что при закипании изменение фазового состояния жидкости происходит при среднем по объёму жидкости давлении равном давлению насыщенного пара, тогда как при кавитации среднее давление жидкости выше давления насыщенного пара, а падение давления носит локальный характер.

Однако более поздние исследования показали, что ведущую роль в образовании пузырьков при кавитации играют газы, выделяющиеся внутрь образовывающихся пузырьков. Эти газы всегда содержатся в жидкости, и при местном снижении давления начинают интенсивно выделяться внутрь указанных пузырьков.

Поскольку под воздействием переменного местного давления жидкости пузырьки могут резко сжиматься и расширяться, то температура газа внутри пузырьков колеблется в широких пределах, и может достигать нескольких сот градусов по Цельсию. Имеются расчётные данные, что температура внутри пузырьков может достигать 1500 °C[1]. Следует также учитывать, что в растворённых в жидкости газах содержится больше кислорода в процентном отношении, чем в воздухе, и поэтому газы в пузырьках при кавитации химически более агрессивны, чем атмосферный воздух — вызывают в итоге окисление (вступление в реакцию) многих обычно инертных материалов.

Вредные последствия

Повреждения, наносимые эффектом кавитации (часть насоса) Кавитационные повреждения гребного винта

Химическая агрессивность газов в пузырьках, имеющих к тому же высокую температуру, вызывает эрозию материалов, с которыми соприкасается жидкость, в которой развивается кавитация. Эта эрозия и составляет один из факторов вредного воздействия кавитации. Второй фактор обусловлен большими забросами давления, возникающими при схлопывании пузырьков и воздействующими на поверхности указанных материалов.

Кавитационная эрозия металлов вызывает разрушение гребных винтов судов, рабочих органов насосов, гидротурбин и т. п., кавитация также является причиной шума, вибрации и снижения эффективности работы гидроагрегатов.

Схлопывание кавитационных пузырей приводит к тому, что энергия окружающей жидкости сосредотачивается в очень небольших объёмах. Тем самым, образуются места повышенной температуры и возникают ударные волны, которые являются источниками шума и приводят к эрозии металла. Шум, создаваемый кавитацией, является особой проблемой на подводных лодках, так как снижает их скрытность. Эксперименты показали, что вредному, разрушительному воздействию кавитации подвергаются даже химически инертные к кислороду вещества (золото, стекло и др.), хотя и намного более медленному. Это доказывает, что помимо фактора химической агрессивности газов, находящихся в пузырьках, важным является также фактор забросов давления, возникающих при схлопывании пузырьков. Кавитация ведёт к большому износу рабочих органов и может значительно сократить срок службы винта и насоса. В метрологии, при использовании ультразвуковых расходомеров, кавитационные пузыри модулируют волны в широком спектре, в том числе и на частотах излучаемых расходомером, что приводит к искажению его показаний.

Полезное применение

Хотя кавитация нежелательна во многих случаях, есть исключения. Например, сверхкавитационные торпеды, используемые военными, обволакиваются в большие кавитационные пузыри. Существенно уменьшая контакт с водой, эти торпеды могут передвигаться значительно быстрее, чем обыкновенные торпеды. Так сверхкавитационная торпеда «Шквал», в зависимости от плотности водной среды, развивает скорость до 370 км/ч.

Кавитация используется при ультразвуковой очистке поверхностей твёрдых тел. Специальные устройства создают кавитацию, используя звуковые волны в жидкости. Кавитационные пузыри, схлопываясь, порождают ударные волны, которые разрушают частицы загрязнений или отделяют их от поверхности. Таким образом, снижается потребность в опасных и вредных для здоровья чистящих веществах во многих промышленных и коммерческих процессах, где требуется очистка как этап производства.

В промышленности кавитация часто используется для гомогенизации (смешивания) и отсадки взвешенных частиц в коллоидном жидкостном составе, например, смеси красок или молоке. Многие промышленные смесители основаны на этом принципе. Обычно это достигается благодаря конструкции гидротурбин или путём пропускания смеси через кольцевидное отверстие, которое имеет узкий вход и значительно больший по размеру выход: вынужденное уменьшение давления приводит к кавитации, поскольку жидкость стремится в сторону большего объёма. Этот метод может управляться гидравлическими устройствами, которые контролируют размер входного отверстия, что позволяет регулировать процесс работы в различных средах. Внешняя сторона смесительных клапанов, по которой кавитационные пузыри перемещаются в противоположную сторону, чтобы вызвать имплозию (внутренний взрыв), подвергается огромному давлению и часто выполняется из сверхпрочных или жестких материалов, например, из нержавеющей стали, стеллита или даже поликристаллического алмаза (PCD).

Кавитацию используют для обработки топлива. Во время обработки топливо дополнительно очищается (при проведении химического анализа сразу обнаруживается существенное уменьшение количества фактических смол)[2], и перераспределяется соотношение фракций (в сторону более лёгких). Эти изменения, если топливо сразу поступает к потребителю, повышают его качество и калорийность, как следствие, достигается более полное сгорание и уменьшение массовой доли загрязняющих веществ. Сейчас до сих пор проходят исследования по влиянию кавитации на топливо. Их проводят частные компании и институты, например Российский государственный университет нефти и газа им. И. М. Губкина.

Также были разработаны кавитационные водные устройства очистки, в которых граничные условия кавитации могут уничтожить загрязняющие вещества и органические молекулы. Спектральный анализ света, испускаемого в результате сонохимической реакции, показывает химические и плазменные базовые механизмы энергетической передачи. Свет, испускаемый кавитационными пузырями, называется сонолюминесценцией.

Кавитационные процессы имеют высокую разрушительную силу, которую используют для дробления твёрдых веществ, которые находятся в жидкости. Одним из применений таких процессов является измельчение твёрдых включений в тяжёлые топлива, что используется для обработки котельного топлива с целью увеличения калорийности его горения.

Кавитационные устройства снижают вязкость углеводородного топлива, что позволяет снизить необходимый нагрев и увеличить дисперсность распыления топлива.

Кавитационные устройства используются для создания водно-мазутных и водно-топливных эмульсий и смесей, которые часто используются для повышения эффективности горения или утилизации обводнённых видов топлива.

Применение в биомедицине

Кавитация играет важную роль для уничтожения камней в почках и мочеточнике посредством ударной волны литотрипсии. Литотриптор — прибор, предназначенный для разрушения камней в мочеполовом тракте без открытого хирургического вмешательства.

В настоящее время исследованиями показано, что кавитация также может быть использована для перемещения макромолекул внутрь биологических клеток (сонопорация).

Кавитация, создаваемая прохождением ультразвука в жидкостной среде, используется в работе хирургических инструментов для бескровного иссечения тканей плотных органов (см. CUSA).

Кавитация также применяется в стоматологии при ультразвуковой чистке зубов, разрушая зубной камень и пигментированный налёт («налёт курильщика»), а также косметологии.

Кавитация применяется для лечения ожирения. При помощи специального ультразвукового устройства происходит разрушение жировых клеток в подкожной жировой клетчатке[источник не указан 17 дней].

Эффект кавитации также применяется и в других областях медицины[каких?].

Лопастные насосы и винты судов

В местах контакта жидкости с быстро движущимися твёрдыми объектами (рабочие органы насосов, турбин, гребные винты судов, подводные крылья и т. д.) происходит локальное изменение давления. Если давление в какой-то точке падает ниже давления насыщенного пара, происходит нарушение целостности среды. Или, проще говоря, жидкость закипает. Затем, когда жидкость попадает в область с более высоким давлением, происходит «схлопывание» пузырьков пара, что сопровождается шумом, а также появлением микроскопических областей с очень высоким давлением (при соударении стенок пузырьков). Это приводит к разрушению поверхности твёрдых объектов. Их как бы «разъедает». Если зона пониженного давления оказывается достаточно обширной, возникает кавитационная каверна — полость, заполненная паром. В результате нормальная работа лопастей нарушается и возможен даже полный срыв работы насоса. Любопытно, но есть примеры, когда кавитационная каверна специально закладывается при расчёте насоса. В тех случаях, когда избежать кавитации невозможно, такое решение позволяет избежать разрушительного влияния кавитации на рабочие органы насоса. Режим, при котором наблюдается устойчивая кавитационная каверна, называют «режимом суперкавитации».

Лопастные насосы. Кавитация на стороне всасывания

Как правило, зона кавитации наблюдается вблизи зоны всасывания, где жидкость встречается с лопастями насоса. Вероятность возникновения кавитации тем выше,

  • чем ниже давление на входе в насос;
  • чем выше скорость движения рабочих органов относительно жидкости;
  • чем более неравномерно обтекание жидкостью твёрдого тела (высокий угол атаки лопасти, наличие изломов, неровностей поверхности и т. п.)

Центробежные насосы. Кавитация в уплотнении рабочего колеса

У классических центробежных насосов часть жидкости из области высокого давления проходит через щель между рабочим колесом и корпусом насоса в зону низкого давления. Когда насос работает с существенным отклонением от расчётного режима в сторону повышения давления нагнетания, расход утечек через уплотнение между рабочим колесом и корпусом возрастает (из-за увеличения перепада давления между полостями всасывания и нагнетания). Из-за высокой скорости жидкости в уплотнении возможно появление кавитационных явлений, что может привести к разрушению рабочего колеса и корпуса насоса. Как правило, в бытовых и промышленных случаях режим кавитации в рабочем колесе насоса возможен при резком падении давления в системе отопления или водоснабжения: например, при разрыве трубопровода, калорифера или радиатора. При резком падении давления в зоне рабочего колеса насоса образуется вакуум, вода при низком давлении начинает вскипать. При этом напор резко падает. Режим кавитации приводит к эрозии рабочего колеса насоса, и насос выходит из строя.

Кавитация в двигателях

Некоторые большие по размеру дизельные двигатели страдают от кавитации из-за высокого сжатия и малогабаритных стенок цилиндра. В результате в стенках цилиндра образовываются отверстия, которые приводят к тому, что охлаждающая жидкость начинает попадать в цилиндры двигателя. Предотвратить нежелательные явления возможно при помощи химических добавок в охлаждающую жидкость, которые образуют защитный слой на наружных (внешних) стенках гильзового типа цилиндра . Этот слой будет подвержен той же кавитации, но он может самостоятельно восстанавливаться.

Предотвращение последствий

Наилучшим методом предотвращения вредных последствий кавитации для деталей машин считается изменение их конструкции таким образом, чтобы предотвратить образование полостей либо предотвратить разрушение этих полостей возле поверхности детали. При невозможности изменения конструкции могут применяться защитные покрытия, например, газотермическое напыление сплавов на основе кобальта.

В системах гидропривода часто используют системы подпитки. Они, упрощённо говоря, представляют собой дополнительный насос, жидкость от которого начинает поступать через специальный клапан в гидросистему, когда в последней давление падает ниже допустимого значения. Если давление в гидросистеме не опускается ниже допустимого, жидкость от дополнительного насоса идёт на слив в бак. Системы подпитки установлены, например, во многих экскаваторах.

Другие области применения

Кавитация применяется для стабилизации игольчатых пуль подводных боеприпасов (например, боеприпасы автомата АПС или патроны 5.54×39 ПСП для автомата АДС), для увеличения скорости торпед (Шквал и Барракуда).

Кавитация может быть использована для измельчения разных материалов (в том числе руд). Для этих процессов выпускается промышленное оборудование[3], в котором кавитацию получают при помощи силового ультразвука.

Число кавитации

Кавитационное течение характеризуют безразмерным параметром (числом кавитации):

X=2(P−Ps)ρV2{\displaystyle \mathrm {X} ={\frac {2(P-P_{s})}{\rho V^{2}}}}, где

P{\displaystyle P} — гидростатическое давление набегающего потока, Па;
Ps{\displaystyle P_{s}} — давление насыщенных паров жидкости при определенной температуре окружающей среды, Па;
ρ{\displaystyle \rho } — плотность среды, кг/м³;
V{\displaystyle V} — скорость потока на входе в систему, м/с.

Известно, что кавитация возникает при достижении потоком граничной скорости V=Vc{\displaystyle V=V_{c}}, когда давление в потоке становится равным давлению парообразования (насыщенных паров). Этой скорости соответствует граничное значение критерия кавитации.

В зависимости от величины X{\displaystyle \mathrm {X} } можно различать четыре вида потоков:

  • докавитационный — сплошной (однофазный) поток при X>1{\displaystyle \mathrm {X} >1},
  • кавитационный — (двухфазный) поток при X≈1{\displaystyle \mathrm {X} \approx 1},
  • пленочный — с устойчивым отделением кавитационной полости от остального сплошного потока (пленочная кавитация) при X<1{\displaystyle \mathrm {X} <1},
  • суперкавитационный — при X≪1{\displaystyle \mathrm {X} \ll 1}.

Измерение

Уровень кавитации измеряют (как правило в относительных единицах) с помощью приборов, называемых кавитометрами[4].

См. также

Литература

  • Биркгоф Г., Сарантонелло Э. Струи, следы и каверны. пер. с англ. М.: Мир, 1964. 466с.
  • Корнфельд М. Упругость и прочность жидкостей. М.: ГИТТЛ, 1951. 200с.
  • Кнэпп Р., Дейли Дж., Хэммит Ф. Кавитация. М.: Мир, 1974. 678 с.
  • Акуличев В. А. Кавитация в криогенных и кипящих жидкостях. М.: Наука, 1978. 280c.
  • Левковский Ю. Л. Структура кавитационных течений. Л.: Судостроение, 1977. 222с.
  • Иванов А. Н. Гидродинамика развитых кавитационных течений. Л.: Судостроение, 1980. 237с.
  • Пирсол И. Кавитация / Пер. с англ. Ю. Ф. Журавлёва; Под ред., с предисл. и доп. Л. А. Эпштейна.. — М.: Мир, 1975. — 96 с. — (В мире науки и техники). (обл.)
  • Перник А. Д. Проблемы кавитации. 2-ое изд. Л.: Судостроение, 1966. 435 с.
  • Рождественский В. В. Кавитация. Л.: Судостроение, 1977. 248c.
  • Федоткин И. М., Гулый И. С. Кавитация, кавитационная техника и технология, их использование в промышленности (теория, расчёты и конструкции кавитационных аппаратов). Ч.1. — К.: Полиграфкнига, 1997. — 940 с.

Примечания

Ссылки

wikipedia.green

Кавитация для тела — что это за процедура, противопоказания и побочные действия, эффект для похудения

Хотите быстро улучшить свое самочувствие и преобразить  внешний вид? Тогда процедура ультразвуковой кавитации для вас.

В комплексе с массажем с отрицательным давлением и радиочастотной терапией она поможет чувствовать себя неотразимо и забыть о своих недостатках.

Описание метода

Методика ультразвуковой кавитации – это глубокое воздействие на ткани. Через датчики аппарата проходит мощная ультразвуковая волна, которая разрушает жировые клетки.

В результате ультразвук разрушает клеточную мембрану, жир под давлением превращается в жидкость и выводится из организма через нормальный метаболический процесс.

Эффект кавитации для тела:  разрушение даже тех  слоев целлюлита, от которых не удается избавиться при помощи спорта и правильного питания.

Ошибочно думать, что целлюлит – это проблема полных людей.

Даже если нет лишних килограммов – эта проблема может появиться  почти у  каждой женщины старше 20 лет. А избавиться от ненавистных бугорков (даже с помощью специального массажа) – задача не из легких. Не стоит думать, что кавитация поможет вылечить ожирение.

Этот метод подходит тем, кому не удается избавиться от целлюлита при помощи спорта и диеты.

При этом важен комплексный подход, чтобы избавится от целлюлита в кратчайшие сроки. Для этого процедуру кавитации сопровождают:

Воздействие на организм

Процедуру обычно проводят в местах наибольшего скопления целлюлита: мягкие ткани бедра, брюшная полость, верхняя часть руки и ягодицы.

Процедуру нельзя проводить на голове, спине, шее, груди, костных участках!

По окончании курса организм пациента приходит в тонус. Результаты будут улучшаться на протяжении нескольких недель. За это время уходит до 10 сантиметров в объеме. Все зависит от структуры ткани, возраста пациента, обмена веществ, гормонального фона, области применения терапии, сопутствующего приема лекарств.

Помните! Длительность результата зависит во многом от пациента! Необходимо наладить систему питания и регулярно заниматься спортом!

Запрещено:

  • переедать;
  • злоупотреблять алкоголем;
  • вести малоподвижный образ жизни.

Если не следовать этим правилам, то жир вернется.  Также после процедуры стоит увеличить количество потребляемой жидкости. Так жир будет быстрее уходить.

Плюсы и минусы

Положительные свойства процедуры:

  • кожный покров остается целым;
  • отсутствие следов и шрамов на теле;
  • не нужно принимать препараты, которые могут нанести вред здоровью;
  • отсутствие побочного действия;
  • отсутствие влияния на работу нервных окончаний, сосудов и соединительной ткани.

Еще один несомненный плюс – появление видимого результата уже после 1 процедуры, который сохраняется длительное время. Пациент отмечает уменьшение объемов от 1 до 5 сантиметров. Но, всё же наибольшего эффекта можно достичь после второго и последующих сеансов.

Визуальные результаты процедуры:

  • уменьшение объемов;
  • упругая и подтянутая кожа;
  • привлекательные формы без изнуряющих диет и физической нагрузки.

Противопоказания и побочные действия

Проводить процедуру можно не всем – существует ряд противопоказаний. Среди них:

  • почечная или печеночная недостаточность;
  • болезни сердца;
  • наличие кардиостимулятора;
  • беременность;
  • кормление грудью.

Не стоит переживать – процедура абсолютно безболезненна!

Это не хирургическое вмешательство, в отличии от липосакции. Иногда пациенты чувствуют лишь незначительное покалывание,  жужжание в ухе, небольшой жар, жажду или тошноту. Вреда здоровью она не принесет – побочные действия минимальны.

В некоторых случаях может наблюдаться лишь небольшое покраснение на месте процедуры, но оно быстро проходит. На сегодняшний день это самый безопасный и эффективный способ борьбы с целлюлитом.

В заключение отметим, ультразвуковая кавитация помогает забыть о комплексах насчет внешности и женщина может наконец-то почувствовать себя свободно и уверенно!

Дополнительно ознакомьтесь с кратким видео о процедуре ультразвуковой кавитации:

spanew.ru

Кавитация — Википедия. Что такое Кавитация

Кавитационный след гребного винта

Кавита́ция (от лат. cavita — пустота) — процесс образования и последующего схлопывания пузырьков вакуума в потоке жидкости, сопровождающийся шумом и гидравлическими ударами, образование в жидкости полостей (кавитационных пузырьков, или пустот), которые могут содержать разреженный пар. Кавитация возникает в результате местного понижения давления в жидкости, которое может происходить либо при увеличении её скорости (гидродинамическая кавитация), либо при прохождении акустической волны большой интенсивности во время полупериода разрежения (акустическая кавитация), существуют и другие причины возникновения эффекта. Перемещаясь с потоком в область с более высоким давлением или во время полупериода сжатия, кавитационный пузырёк схлопывается, излучая при этом ударную волну. В своей основе кавитация имеет тот же механизм действия, что и ударная волна в воздухе возникающая в момент преодоления твердым телом звукового барьера.

Явление кавитации носит локальный характер и возникает только там, где есть условия. Перемещаться в среде возникновения не может. Кавитация разрушает поверхность гребных винтов, гидротурбин, акустических излучателей, деталей амортизаторов, гидромуфт и др. Кавитация также приносит пользу — её применяют в промышленности, медицине, военной технике и других смежных областях.

Обзор

Согласно определению Кристофера Бреннена: «Когда жидкость подвергается давлению ниже порогового (напряжению растяжения), тогда целостность её потока нарушается, и образуются парообразные полости. Это явление называется кавитацией. Когда местное давление жидкости в некоторой точке падает ниже величины, соответствующей давлению насыщения при данной окружающей температуре, тогда жидкость переходит в другое состояние, образуя, в основном, фазовые пустоты, которые называются кавитационными пузырями. Возможно и другое образование кавитационных пузырей путём местной подачи энергии. Это может быть достигнуто фокусировкой интенсивного лазерного импульса (оптическая кавитация) или искрой электрического разряда».

Во многих источниках физика этого явления объясняется следующим образом. Физический процесс кавитации близок процессу закипания жидкости. Основное различие между ними заключено в том, что при закипании изменение фазового состояния жидкости происходит при среднем по объёму жидкости давлении равном давлению насыщенного пара, тогда как при кавитации среднее давление жидкости выше давления насыщенного пара, а падение давления носит локальный характер.

Однако более поздние исследования показали, что ведущую роль в образовании пузырьков при кавитации играют газы, выделяющиеся внутрь образовывающихся пузырьков. Эти газы всегда содержатся в жидкости, и при местном снижении давления начинают интенсивно выделяться внутрь указанных пузырьков.

Поскольку под воздействием переменного местного давления жидкости пузырьки могут резко сжиматься и расширяться, то температура газа внутри пузырьков колеблется в широких пределах, и может достигать нескольких сот градусов по Цельсию. Имеются расчётные данные, что температура внутри пузырьков может достигать 1500 °C[1]. Следует также учитывать, что в растворённых в жидкости газах содержится больше кислорода в процентном отношении, чем в воздухе, и поэтому газы в пузырьках при кавитации химически более агрессивны, чем атмосферный воздух — вызывают в итоге окисление (вступление в реакцию) многих обычно инертных материалов.

Вредные последствия

Повреждения, наносимые эффектом кавитации (часть насоса) Кавитационные повреждения гребного винта

Химическая агрессивность газов в пузырьках, имеющих к тому же высокую температуру, вызывает эрозию материалов, с которыми соприкасается жидкость, в которой развивается кавитация. Эта эрозия и составляет один из факторов вредного воздействия кавитации. Второй фактор обусловлен большими забросами давления, возникающими при схлопывании пузырьков и воздействующими на поверхности указанных материалов.

Кавитационная эрозия металлов вызывает разрушение гребных винтов судов, рабочих органов насосов, гидротурбин и т. п., кавитация также является причиной шума, вибрации и снижения эффективности работы гидроагрегатов.

Схлопывание кавитационных пузырей приводит к тому, что энергия окружающей жидкости сосредотачивается в очень небольших объёмах. Тем самым, образуются места повышенной температуры и возникают ударные волны, которые являются источниками шума и приводят к эрозии металла. Шум, создаваемый кавитацией, является особой проблемой на подводных лодках, так как снижает их скрытность. Эксперименты показали, что вредному, разрушительному воздействию кавитации подвергаются даже химически инертные к кислороду вещества (золото, стекло и др.), хотя и намного более медленному. Это доказывает, что помимо фактора химической агрессивности газов, находящихся в пузырьках, важным является также фактор забросов давления, возникающих при схлопывании пузырьков. Кавитация ведёт к большому износу рабочих органов и может значительно сократить срок службы винта и насоса. В метрологии, при использовании ультразвуковых расходомеров, кавитационные пузыри модулируют волны в широком спектре, в том числе и на частотах излучаемых расходомером, что приводит к искажению его показаний.

Полезное применение

Хотя кавитация нежелательна во многих случаях, есть исключения. Например, сверхкавитационные торпеды, используемые военными, обволакиваются в большие кавитационные пузыри. Существенно уменьшая контакт с водой, эти торпеды могут передвигаться значительно быстрее, чем обыкновенные торпеды. Так сверхкавитационная торпеда «Шквал», в зависимости от плотности водной среды, развивает скорость до 370 км/ч.

Кавитация используется при ультразвуковой очистке поверхностей твёрдых тел. Специальные устройства создают кавитацию, используя звуковые волны в жидкости. Кавитационные пузыри, схлопываясь, порождают ударные волны, которые разрушают частицы загрязнений или отделяют их от поверхности. Таким образом, снижается потребность в опасных и вредных для здоровья чистящих веществах во многих промышленных и коммерческих процессах, где требуется очистка как этап производства.

В промышленности кавитация часто используется для гомогенизации (смешивания) и отсадки взвешенных частиц в коллоидном жидкостном составе, например, смеси красок или молоке. Многие промышленные смесители основаны на этом принципе. Обычно это достигается благодаря конструкции гидротурбин или путём пропускания смеси через кольцевидное отверстие, которое имеет узкий вход и значительно больший по размеру выход: вынужденное уменьшение давления приводит к кавитации, поскольку жидкость стремится в сторону большего объёма. Этот метод может управляться гидравлическими устройствами, которые контролируют размер входного отверстия, что позволяет регулировать процесс работы в различных средах. Внешняя сторона смесительных клапанов, по которой кавитационные пузыри перемещаются в противоположную сторону, чтобы вызвать имплозию (внутренний взрыв), подвергается огромному давлению и часто выполняется из сверхпрочных или жестких материалов, например, из нержавеющей стали, стеллита или даже поликристаллического алмаза (PCD).

Кавитацию используют для обработки топлива. Во время обработки топливо дополнительно очищается (при проведении химического анализа сразу обнаруживается существенное уменьшение количества фактических смол)[2], и перераспределяется соотношение фракций (в сторону более лёгких). Эти изменения, если топливо сразу поступает к потребителю, повышают его качество и калорийность, как следствие, достигается более полное сгорание и уменьшение массовой доли загрязняющих веществ. Сейчас до сих пор проходят исследования по влиянию кавитации на топливо. Их проводят частные компании и институты, например Российский государственный университет нефти и газа им. И. М. Губкина.

Также были разработаны кавитационные водные устройства очистки, в которых граничные условия кавитации могут уничтожить загрязняющие вещества и органические молекулы. Спектральный анализ света, испускаемого в результате сонохимической реакции, показывает химические и плазменные базовые механизмы энергетической передачи. Свет, испускаемый кавитационными пузырями, называется сонолюминесценцией.

Кавитационные процессы имеют высокую разрушительную силу, которую используют для дробления твёрдых веществ, которые находятся в жидкости. Одним из применений таких процессов является измельчение твёрдых включений в тяжёлые топлива, что используется для обработки котельного топлива с целью увеличения калорийности его горения.

Кавитационные устройства снижают вязкость углеводородного топлива, что позволяет снизить необходимый нагрев и увеличить дисперсность распыления топлива.

Кавитационные устройства используются для создания водно-мазутных и водно-топливных эмульсий и смесей, которые часто используются для повышения эффективности горения или утилизации обводнённых видов топлива.

Применение в биомедицине

Кавитация играет важную роль для уничтожения камней в почках и мочеточнике посредством ударной волны литотрипсии. Литотриптор — прибор, предназначенный для разрушения камней в мочеполовом тракте без открытого хирургического вмешательства.

В настоящее время исследованиями показано, что кавитация также может быть использована для перемещения макромолекул внутрь биологических клеток (сонопорация).

Кавитация, создаваемая прохождением ультразвука в жидкостной среде, используется в работе хирургических инструментов для бескровного иссечения тканей плотных органов (см. CUSA).

Кавитация также применяется в стоматологии при ультразвуковой чистке зубов, разрушая зубной камень и пигментированный налёт («налёт курильщика»), а также косметологии.

Кавитация применяется для лечения ожирения. При помощи специального ультразвукового устройства происходит разрушение жировых клеток в подкожной жировой клетчатке[источник не указан 17 дней].

Эффект кавитации также применяется и в других областях медицины[каких?].

Лопастные насосы и винты судов

В местах контакта жидкости с быстро движущимися твёрдыми объектами (рабочие органы насосов, турбин, гребные винты судов, подводные крылья и т. д.) происходит локальное изменение давления. Если давление в какой-то точке падает ниже давления насыщенного пара, происходит нарушение целостности среды. Или, проще говоря, жидкость закипает. Затем, когда жидкость попадает в область с более высоким давлением, происходит «схлопывание» пузырьков пара, что сопровождается шумом, а также появлением микроскопических областей с очень высоким давлением (при соударении стенок пузырьков). Это приводит к разрушению поверхности твёрдых объектов. Их как бы «разъедает». Если зона пониженного давления оказывается достаточно обширной, возникает кавитационная каверна — полость, заполненная паром. В результате нормальная работа лопастей нарушается и возможен даже полный срыв работы насоса. Любопытно, но есть примеры, когда кавитационная каверна специально закладывается при расчёте насоса. В тех случаях, когда избежать кавитации невозможно, такое решение позволяет избежать разрушительного влияния кавитации на рабочие органы насоса. Режим, при котором наблюдается устойчивая кавитационная каверна, называют «режимом суперкавитации».

Лопастные насосы. Кавитация на стороне всасывания

Как правило, зона кавитации наблюдается вблизи зоны всасывания, где жидкость встречается с лопастями насоса. Вероятность возникновения кавитации тем выше,

  • чем ниже давление на входе в насос;
  • чем выше скорость движения рабочих органов относительно жидкости;
  • чем более неравномерно обтекание жидкостью твёрдого тела (высокий угол атаки лопасти, наличие изломов, неровностей поверхности и т. п.)

Центробежные насосы. Кавитация в уплотнении рабочего колеса

У классических центробежных насосов часть жидкости из области высокого давления проходит через щель между рабочим колесом и корпусом насоса в зону низкого давления. Когда насос работает с существенным отклонением от расчётного режима в сторону повышения давления нагнетания, расход утечек через уплотнение между рабочим колесом и корпусом возрастает (из-за увеличения перепада давления между полостями всасывания и нагнетания). Из-за высокой скорости жидкости в уплотнении возможно появление кавитационных явлений, что может привести к разрушению рабочего колеса и корпуса насоса. Как правило, в бытовых и промышленных случаях режим кавитации в рабочем колесе насоса возможен при резком падении давления в системе отопления или водоснабжения: например, при разрыве трубопровода, калорифера или радиатора. При резком падении давления в зоне рабочего колеса насоса образуется вакуум, вода при низком давлении начинает вскипать. При этом напор резко падает. Режим кавитации приводит к эрозии рабочего колеса насоса, и насос выходит из строя.

Кавитация в двигателях

Некоторые большие по размеру дизельные двигатели страдают от кавитации из-за высокого сжатия и малогабаритных стенок цилиндра. В результате в стенках цилиндра образовываются отверстия, которые приводят к тому, что охлаждающая жидкость начинает попадать в цилиндры двигателя. Предотвратить нежелательные явления возможно при помощи химических добавок в охлаждающую жидкость, которые образуют защитный слой на наружных (внешних) стенках гильзового типа цилиндра . Этот слой будет подвержен той же кавитации, но он может самостоятельно восстанавливаться.

Предотвращение последствий

Наилучшим методом предотвращения вредных последствий кавитации для деталей машин считается изменение их конструкции таким образом, чтобы предотвратить образование полостей либо предотвратить разрушение этих полостей возле поверхности детали. При невозможности изменения конструкции могут применяться защитные покрытия, например, газотермическое напыление сплавов на основе кобальта.

В системах гидропривода часто используют системы подпитки. Они, упрощённо говоря, представляют собой дополнительный насос, жидкость от которого начинает поступать через специальный клапан в гидросистему, когда в последней давление падает ниже допустимого значения. Если давление в гидросистеме не опускается ниже допустимого, жидкость от дополнительного насоса идёт на слив в бак. Системы подпитки установлены, например, во многих экскаваторах.

Другие области применения

Кавитация применяется для стабилизации игольчатых пуль подводных боеприпасов (например, боеприпасы автомата АПС или патроны 5.54×39 ПСП для автомата АДС), для увеличения скорости торпед (Шквал и Барракуда).

Кавитация может быть использована для измельчения разных материалов (в том числе руд). Для этих процессов выпускается промышленное оборудование[3], в котором кавитацию получают при помощи силового ультразвука.

Число кавитации

Кавитационное течение характеризуют безразмерным параметром (числом кавитации):

X=2(P−Ps)ρV2{\displaystyle \mathrm {X} ={\frac {2(P-P_{s})}{\rho V^{2}}}}, где

P{\displaystyle P} — гидростатическое давление набегающего потока, Па;
Ps{\displaystyle P_{s}} — давление насыщенных паров жидкости при определенной температуре окружающей среды, Па;
ρ{\displaystyle \rho } — плотность среды, кг/м³;
V{\displaystyle V} — скорость потока на входе в систему, м/с.

Известно, что кавитация возникает при достижении потоком граничной скорости V=Vc{\displaystyle V=V_{c}}, когда давление в потоке становится равным давлению парообразования (насыщенных паров). Этой скорости соответствует граничное значение критерия кавитации.

В зависимости от величины X{\displaystyle \mathrm {X} } можно различать четыре вида потоков:

  • докавитационный — сплошной (однофазный) поток при X>1{\displaystyle \mathrm {X} >1},
  • кавитационный — (двухфазный) поток при X≈1{\displaystyle \mathrm {X} \approx 1},
  • пленочный — с устойчивым отделением кавитационной полости от остального сплошного потока (пленочная кавитация) при X<1{\displaystyle \mathrm {X} <1},
  • суперкавитационный — при X≪1{\displaystyle \mathrm {X} \ll 1}.

Измерение

Уровень кавитации измеряют (как правило в относительных единицах) с помощью приборов, называемых кавитометрами[4].

См. также

Литература

  • Биркгоф Г., Сарантонелло Э. Струи, следы и каверны. пер. с англ. М.: Мир, 1964. 466с.
  • Корнфельд М. Упругость и прочность жидкостей. М.: ГИТТЛ, 1951. 200с.
  • Кнэпп Р., Дейли Дж., Хэммит Ф. Кавитация. М.: Мир, 1974. 678 с.
  • Акуличев В. А. Кавитация в криогенных и кипящих жидкостях. М.: Наука, 1978. 280c.
  • Левковский Ю. Л. Структура кавитационных течений. Л.: Судостроение, 1977. 222с.
  • Иванов А. Н. Гидродинамика развитых кавитационных течений. Л.: Судостроение, 1980. 237с.
  • Пирсол И. Кавитация / Пер. с англ. Ю. Ф. Журавлёва; Под ред., с предисл. и доп. Л. А. Эпштейна.. — М.: Мир, 1975. — 96 с. — (В мире науки и техники). (обл.)
  • Перник А. Д. Проблемы кавитации. 2-ое изд. Л.: Судостроение, 1966. 435 с.
  • Рождественский В. В. Кавитация. Л.: Судостроение, 1977. 248c.
  • Федоткин И. М., Гулый И. С. Кавитация, кавитационная техника и технология, их использование в промышленности (теория, расчёты и конструкции кавитационных аппаратов). Ч.1. — К.: Полиграфкнига, 1997. — 940 с.

Примечания

Ссылки

wiki.sc

Кавитация — это… Что такое Кавитация?

Моделирование кавитации

Кавита́ция (от лат. cavitas — пустота) — процесс парообразования и последующей конденсации пузырьков воздуха в потоке жидкости, сопровождающийся шумом и гидравлическими ударами, образование в жидкости полостей (кавитационных пузырьков, или каверн), заполненных паром. Кавитация возникает в результате местного понижения давления в жидкости, которое может происходить либо при увеличении её скорости (гидродинамическая кавитация), либо при прохождении акустической волны большой интенсивности во время полупериода разрежения (акустическая кавитация), существуют и другие причины возникновения эффекта. Перемещаясь с потоком в область с более высоким давлением или во время полупериода сжатия, кавитационный пузырёк захлопывается, излучая при этом ударную волну.

Кавитация разрушает поверхность гребных винтов, гидротурбин, акустических излучателей и др.

Обзор

Согласно определению Кристофера Бреннена: «Когда жидкость подвергается давлению ниже порогового (напряжению растяжения), тогда целостность ее потока нарушается, и образуются парообразные полости. Это явление называется кавитацией. Когда местное давление жидкости в некоторой точке падает ниже величины, соответствующей давлению насыщения при данной окружающей температуре, тогда жидкость переходит в другое состояние, образуя, в основном, фазовые пустоты, которые называются кавитационными пузырями. Возможно и другое образование кавитационных пузырей путем местной подачи энергии. Это может быть достигнуто фокусировкой интенсивного лазерного импульса (оптическая кавитация) или искрой электрического разряда».

Во многих источниках физика этого явления объясняется следующим образом. Физический процесс кавитации близок процессу закипания жидкости. Основное различие между ними заключено в том, что при закипании изменение фазового состояния жидкости происходит при среднем по объёму жидкости давлении равном давлению насыщенного пара, тогда как при кавитации среднее давление жидкости выше давления насыщенного пара, а падение давления носит локальный характер.

Однако более поздние исследования показали, что ведущую роль в образовании пузырьков при кавитации играют газы, выделяющиеся внутрь образовывающихся пузырьков. Эти газы всегда содержатся в жидкости, и при местном снижении давления начинают интенсивно выделяться внутрь указанных пузырьков.

Поскольку под воздействием переменного местного давления жидкости пузырьки могут резко сжиматься и расширяться, то температура газа внутри пузырьков колеблется в широких пределах, и может достигать нескольких сот градусов по цельсию. Имеются расчётные данные, что температура внутри пузырьков может достигать 1500 градусов цельсия [1]. Следует также учитывать, что в растворённых в жидкости газах содержится больше кислорода в процентном отношении, чем в воздухе, и поэтому газы в пузырьках при кавитации химически более агрессивны, чем атмосферный воздух.

Вредные последствия

Повреждения, наносимые эффектом кавитации (часть насоса) Кавитационные повреждения гребного винта

Химическая агрессивность газов в пузырьках, имеющих к тому же высокую температуру, вызывает эрозию материалов, с которыми соприкасается жидкость, в которой развивается кавитация. Эта эрозия и составляет один из факторов вредного воздействия кавитации. Второй фактор обусловлен большими забросами давления, возникающими при схлопывании пузырьков и воздействующими на поверхности указанных материалов.

Поэтому кавитация во многих случаях нежелательна. Например, она вызывает разрушение гребных винтов судов, рабочих органов насосов, гидротурбин и т. п., кавитация вызывает шум, вибрации и снижение эффективности работы.

Когда схлопываются кавитационные пузыри, энергия жидкости сосредотачивается в очень небольших объемах. Тем самым, образуются места повышенной температуры и возникают ударные волны, которые являются источниками шума. Шум, создаваемый кавитацией, является особой проблемой на подводных лодках (субмаринах), так как из-за шума их могут обнаружить. При разрушении каверн освобождается много энергии, что может вызвать повреждения. Эксперименты показали, что вредному, разрушительному воздействию кавитации подвергаются даже химически инертные к кислороду вещества (золото, стекло и др.), хотя и намного более медленному. Это доказывает, что помимо фактора химической агрессивности газов, находящихся в пузырьках, важным является также фактор забросов давления, возникающих при схлопывании пузырьков. Кавитация ведёт к большому износу рабочих органов и может значительно сократить срок службы винта и насоса. В метрологии, при использовании ультразвуковых расходомеров, кавитационные пузыри модулируют волны, излучаемые расходомером, что приводит к искажению его показаний.

Полезное применение кавитации

Хотя кавитация нежелательна во многих случаях, есть исключения. Например, сверхкавитационные торпеды, используемые военными, обволакиваются в большие кавитационные пузыри. Существенно уменьшая контакт с водой, эти торпеды могут передвигаться значительно быстрее, чем обыкновенные торпеды. Так сверхкавитационная торпеда «Шквал», в зависимости от плотности водной среды, развивает скорость до 500 км/ч. Такие исследования проводились, например, в Институте гидромеханики НАН Украины.[2]

Кавитация используется при ультразвуковой очистке поверхностей твёрдых тел. Специальные устройства создают кавитацию, используя звуковые волны в жидкости. Кавитационные пузыри, схлопываясь, порождают ударные волны, которые разрушают частицы загрязнений или отделяют их от поверхности. Таким образом, снижается потребность в опасных и вредных для здоровья чистящих веществах во многих промышленных и коммерческих процессах, где требуется очистка как этап производства.

В промышленности кавитация часто используется для гомогенизации (смешивания) и отсадки взвешенных частиц в коллоидном жидкостном составе, например, смеси красок или молоке. Многие промышленные смесители основаны на этом принципе. Обычно это достигается благодаря конструкции гидротурбин или путём пропускания смеси через кольцевидное отверстие, которое имеет узкий вход и значительно больший по размеру выход: вынужденное уменьшение давления приводит к кавитации, поскольку жидкость стремится в сторону большего объёма. Этот метод может управляться гидравлическими устройствами, которые контролируют размер входного отверстия, что позволяет регулировать процесс работы в различных средах. Внешняя сторона смесительных клапанов, по которой кавитационные пузыри перемещаются в противоположную сторону, чтобы вызвать имплозию (внутренний взрыв), подвергается огромному давлению и часто выполняется из сверхпрочных или жестких материалов, например, из нержавеющей стали, стеллита или даже поликристаллического алмаза (PCD).

Также были разработаны кавитационные водные устройства очистки, в которых граничные условия кавитации могут уничтожить загрязняющие вещества и органические молекулы. Спектральный анализ света, испускаемого в результате сонохимической реакции, показывает химические и плазменные базовые механизмы энергетической передачи. Свет, испускаемый кавитационными пузырями, называется сонолюминесценцией.

Кавитационные процессы имеют высокую разрушительную силу, которую используют для дробления твердых веществ, которые находятся в жидкости. Одним из применений таких процессов является измельчение твердых включений в тяжёлые топлива, что используется для обработки котельного топлива с целью увеличения калорийности его горения.

Кавитационные устройства снижают вязкость углеводородного топлива, что позволяет снизить необходимый нагрев и увеличить дисперсность распыления топлива.

Кавитационные устройства используются для создания водно-мазутных и водно-топливных эмульсий и смесей, которые часто используются для повышения эффективности горения или утилизации обводнённых видов топлива.

Применение в биомедицине

Кавитация играет важную роль для уничтожения камней в почках и мочеточнике посредством ударной волны литотрипсии. Литотриптор — прибор, предназначенный для разрушения камней в мочеполовом тракте без открытого хирургического вмешательства.

В настоящее время исследованиями показано, что кавитация также может быть использована для перемещения макромолекул внутрь биологических клеток (сонопорация).

Кавитация, создаваемая прохождением ультразвука в жидкостной среде, используется в работе хирургических инструментов для бескровного иссечения тканей плотных органов (см. CUSA).

Кавитация также применяется в стоматологии при ультразвуковой чистке зубов, разрушая зубной камень и пигментированный налет («налет курильщика»), а также косметологии.

Лопастные насосы и винты судов

В местах контакта жидкости с быстро движущимися твердыми объектами (рабочие органы насосов, турбин, гребные винты судов, подводные крылья и т. д.) происходит локальное изменение давления. Если давление в какой-то точке падает ниже давления насыщенного пара, происходит нарушение целостности среды. Или, проще говоря, жидкость закипает. Затем, когда жидкость попадает в область с более высоким давлением, происходит «схлопывание» пузырьков пара, что сопровождается шумом, а также появлением микроскопических областей с очень высоким давлением (при соударении стенок пузырьков). Это приводит к разрушению поверхности твердых объектов. Их как бы «разъедает». Если зона пониженного давления оказывается достаточно обширной, возникает кавитационная каверна — полость, заполненная паром. В результате нормальная работа лопастей нарушается и возможен даже полный срыв работы насоса. Любопытно, но есть примеры, когда кавитационная каверна специально закладывается при расчете насоса. В тех случаях, когда избежать кавитации невозможно, такое решение позволяет избежать разрушительного влияния кавитации на рабочие органы насоса. Режим, при котором наблюдается устойчивая кавитационная каверна, называют «режимом суперкавитации».

Лопастные насосы. Кавитация на стороне всасывания

Как правило, зона кавитации наблюдается вблизи зоны всасывания, где жидкость встречается с лопастями насоса. Вероятность возникновения кавитации тем выше,

  • чем ниже давление на входе в насос;
  • чем выше скорость движения рабочих органов относительно жидкости;
  • чем более неравномерно обтекание жидкостью твердого тела (высокий угол атаки лопасти, наличие изломов, неровностей поверхности и т. п.)

Центробежные насосы. Кавитация в уплотнении рабочего колеса

У классических центробежных насосов часть жидкости из области высокого давления проходит через щель между рабочим колесом и корпусом насоса в зону низкого давления. Когда насос работает с существенным отклонением от расчетного режима в сторону повышения давления нагнетания, расход утечек через уплотнение между рабочим колесом и корпусом возрастает (из-за увеличения перепада давления между полостями всасывания и нагнетания). Из-за высокой скорости жидкости в уплотнении возможно появление кавитационных явлений, что может привести к разрушению рабочего колеса и корпуса насоса. Как правило, в бытовых и промышленных случаях режим кавитации в рабочем колесе насоса возможен при резком падении давления в системе отопления или водоснабжения: например, при разрыве трубопровода, калорифера или радиатора. При резком падении давления в зоне рабочего колеса насоса образуется вакуум, вода при низком давлении начинает вскипать. При этом напор резко падает. Режим кавитации приводит к эрозии рабочего колеса насоса, и насос выходит из строя.

Кавитация в двигателях

Некоторые большие по размеру дизельные двигатели страдают от кавитации из-за высокого сжатия и малогабаритных стенок цилиндра. В результате в стенках цилиндра образовываются отверстия, которые приводят к тому, что охлаждающая жидкость начинает попадать в цилиндры двигателя. Предотвратить нежелательные явления возможно при помощи химических добавок в охлаждающую жидкость, которые образуют защитный слой на стенках цилиндра. Этот слой будет подвержен той же кавитации, но он может самостоятельно восстанавливаться.

Сосудистые растения

Кавитация происходит в ксилемных сосудистых растениях, когда водный потенциал становится таким большим, что растворившийся в воде воздух расширяется, чтобы заполнить клетки растения, или элементы сосудов, капилляры. Обычно растения способны исправить кавитационную ксилему, например, при помощи корневого давления, но для других растений, таких как виноградники, кавитация часто приводит к гибели. В некоторых деревьях ясно слышен кавитационный шум. Осенью температурное понижение увеличивает образование воздушных пузырей в капиллярах некоторых видов растений, что вызывает опадание листьев.

Предотвращение последствий

Наилучшим методом предотвращения вредных последствий кавитации для деталей машин считается изменение их конструкции таким образом, чтобы предотвратить образование полостей либо предотвратить разрушение этих полостей возле поверхности детали. При невозможности изменения конструкции могут применяться защитные покрытия, например, газотермическое напыление сплавов на основе кобальта.

В системах гидропривода часто используют системы подпитки. Они, упрощённо говоря, представляют собой дополнительный насос, жидкость от которого начинает поступать через специальный клапан в гидросистему, когда в последней давление падает ниже допустимого значения. Если давление в гидросистеме не опускается ниже допустимого, жидкость от дополнительного насоса идёт на слив в бак. Системы подпитки установлены, например, во многих экскаваторах.

Другие области применения

Кавитация применяется для стабилизации игольчатых пуль подводных боеприпасов (например, боеприпасы автомата АПС или патроны 5.45×39 ПСП для автомата АДС), для увеличения скорости торпед (Шквал и Барракуда).

Кавитация может быть использована для измельчения разных материалов (в том числе руд). Для этих процессов выпускается промышленное оборудование [3], в котором кавитацию получают при помощи силового ультразвука.

Число кавитации

Кавитационное течение характеризуют безразмерным параметром (числом кавитации):

, где

 — гидростатическое давление набегающего потока, Па;
 — давление насыщенных паров жидкости при определенной температуре окружающей среды, Па;
 — плотность среды, кг/м³;
 — скорость потока на входе в систему, м/с.

Известно, что кавитация возникает при достижении потоком граничной скорости , когда давление в потоке становится равным давлению парообразования (насыщенных паров). Этой скорости соответствует граничное значение критерия кавитации.

В зависимости от величины можно различать четыре вида потоков:

  • докавитационный — сплошной (однофазный) поток при ,
  • кавитационный — (двухфазный) поток при ,
  • пленочный — с устойчивым отделением кавитационной полости от остального сплошного потока (пленочная кавитация) при ,
  • суперкавитационный — при .

Измерение

Уровень кавитации измеряют (как правило в относительных единицах) с помощью приборов, называемых кавитометрами[4].

Литература

  • Биркгоф Г., Сарантонелло Э. Струи, следы и каверны. пер. с англ. М.: Мир, 1964. 466с.
  • Корнфельд М. Упругость и прочность жидкостей. М.: ГИТТЛ, 1951. 200с.
  • Кнэпп Р., Дейли Дж., Хэммит Ф. Кавитация. М.: Мир, 1974. 678 с.
  • Акуличев В. А. Кавитация в криогенных и кипящих жидкостях. М.: Наука, 1978. 280c.
  • Левковский Ю. Л. Структура кавитационных течений. Л.: Судостроение, 1977. 222с.
  • Иванов А. Н. Гидродинамика развитых кавитационных течений. Л.: Судостроение, 1980. 237с.
  • Пирсол И. Кавитация / Пер. с англ. Ю. Ф. Журавлёва; Под ред., с предисл. и доп. Л. А. Эпштейна.. — М.: Мир, 1975. — 96 с. — (В мире науки и техники). (обл.)
  • Перник А. Д. Проблемы кавитации. 2-ое изд. Л.: Судостроение, 1966. 435 с.
  • Рождественский В. В. Кавитация. Л.: Судостроение, 1977. 248c.
  • Федоткин И. М., Гулый И. С. Кавитация, кавитационная техника и технология, их использование в промышленности (теория, расчеты и конструкции кавитационных аппаратов).Ч.1. — К.: Полиграфкнига, 1997. — 940 с.

Примечания

Ссылки

dic.academic.ru

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о