Витация

Результаты, полученные различными авторами, указывают на то, что при симметричном схлопывании пузырька создаются высокоинтенсивные поля давлений (до 5–10 тыс. атм) и температур (до 2000 С).

В случае несимметричного коллапса пузырька, в частности вблизи стенки, картина схлопывания существенно меняется – схлопывание происходит с образованием высокоскоростной кумулятивной микроструйки. Здесь рассматривается случай асимметричного коллапса пузырька вдали от стенки.

Микроструйки могут образовываться и вдали от стенки и ударяться одна о другую. Следует отметить, что в момент схлопывания системы пузырьков у стенки равновероятно образование струек между соседними пузырьками.

На рис. 10.4, б представлены результаты численного эксперимента для схлопывания пузырька у стенки. Вещественные показатели к схеме на рис. 10.4, б приведены в табл. 10.1. На рис. 10.4, а показана пространственная интерпретация численного эксперимента, проведенного М. Плессетом и Р. Чепменом. Скорость кумулятивных струек, по их расчетам, для

P₀ – P_v = 1,0 атм составила V_стр = 130 м/с ( Р 2000 атм). В результате дополнительных расчетов было показано, что параметры образующейся струйки сильно зависят от плавной начальной деформации пузырька. Так, при деформации в 10 % характерная толщина образующейся струйки в

пять раз меньше, а ее скорость вдвое больше (Vстр = 130 м/с; Р 2000 атм), и при дальнейшем увеличении начальной деформации скорость VC возрастает на порядок, чрезвычайно усиливая разрушающую способность струйки. Продолжительность конечной стадии коллапса пузырька t= 10⁹ -10 ⁸ с.

Таблица 10.1

Данные численного эксперимента Плессета и Чепмена

Обо-
значения
на схе-										I
ме
(рис.
10.4, б)
t / tз	,630	,885	,986	,013	,033	,048	,066	,082	,098		,119
VC , м/с	,7	9	2	5	00	23	29	29	28		28

Vcтр, м/с

б

а

Рис. 10.4

Одним из сильных физических факторов, воздействующих на воду, является гидродинамическая кавитация, и в особенности ее пузырьковая форма, или суперкавитация с пузырьковым следом. Кинетика кавитационного воздействия заключается в следующем. При коллапсе кавитационного микропузырька в локальном объеме вблизи него и внутри образуются поля высоких давлений (до 1000 МПа) и температур (до 1–2 тыс. °С). Одновременно в жидкости генерируются волны разрежения-сжатия, а вблизи твердых границ потока образуются кумулятивные микроструйки со скоростями движения 100–500 м/с.

Формы течений для пузырька в жидкости можно условно разделить на четыре типа:

-с образованием кумулятивной струйки;

-«холодное кипение»;

-газификация пограничного слоя;

-пульсация парогазового пузырька.