коллоквиум / ролики на 3 процесса

Надо ролики на 3 процесса

1 – заряд и разряд в устройстве с образованием всех перечисленных эффектов

2 подробно гидродинамическая кавитация

3 подробно воздушная кавитация

Срок неделя

Различают две стадии процесса. Первая стадия продолжается от подачи напряжения на электроды до завершения пробоя. Время пробоя зависит от полярности напряжения. Наибольший вклад в развитие смешения вносит вторая стадияпроцесса электрогидравлического разряда, характеризующаяся появлением ударных волн как главного турулизирующего фактора.

В процессе ЭГД эффекта происходит мгновенное выделение энергии. Разряд протекает за время от 20 до 30 мкс и сопровождается яркой вспышкой, имеющей следующий спектр: 91% энергии свечение — ультрафиолетовые лучи, 8% энергии — видимые лучи, 1% — инфракрасные лучи. При разряде образуется плазменный канал с температурой от 15000 до 30000 К. в канале, имеющем небольшое поперечное сечение, происходит интенсивный локальный разогрев жидкости. При этом в нем концентрируется энергия перегретого ионизированного газа и пара.

Быстрое расширение канала разряда в виде парогазовой полости под действием внутреннего давления создает в окружающей несжимаемой среде волны сжатия и импульсы давления. При интенсивном выделении энергии в канале скорость его расширения может превысить скорость звука в жидкости, тогда волна сжатия превращается в ударную волну. При подходе ударной волны к некоторой точке пространства давление и плотность возрастают резким скачком, затем следует постепенное изменение этих величин, причем через некоторый промежуток времени давление и плотность становятся меньше, чем те же параметры в невозмущенной среде.

Расширение полости продолжается до тех пор, пока давление в ней из-за инерции расходящегося потока жидкости не станет меньше давления внешней среды. С этого момента происходит обратное движение жидкости, полость захлопывается, давление газа в ней резко возрастает и процесс повторяется в виде нескольких, постепенно затухающих пульсаций.

По сравнению с первичной ударной волной продолжительность пульсации полости в 30 раз больше, а максимальное давление и плотность потока энергии в 10 раз меньше. Подобно первичной ударной волне пульсация парогазовой полости способствует перемешиванию компонентов. Явление электрического разряда сопровождается также мощными кавитационными процессами.

Образование кавитационных пузырьков происходит уже на начальной стадии формирования электрического разряда, практически с момента его зажигания, и является результатом взаимодействия ударных волн, инициируемых высокоскоростными стримерными образованиями.

Для начальной стадии образования и развития кавитационной полости характерным является возникновение больших энергетических напряжений; они могут вызвать электронный пробой, который в свою очередь вызывает излучение в спектре видимых и ультрафиолетовых лучей.

Высоковольтный импульсный разряд в жидкости может рассматриваться в следующей последовательности: электрический пробой и образование канала разряда, выделение энергии в канале, усиление ударных, ультразвуковых и звуковых волн, расширение полости, сопровождающееся генерированием импульса давления с образованием расходящегося потока жидкости, пульсация полости.

Процесс образования разряда в кювете ЭГПВД

А – функциональная схема устройства

Б – кювета в разрезе

Гидродинамическая кавитация

В первоначальный момент времени рост пузырьков происходит за счет понижения давления в жидкости до порогового Р_кр, которое меньше давления насыщенных паров. Но в поле периодических колебаний происходит увеличение во времени среднего радиуса пузырька и средней массы газа в пузырьке. При периодических пульсациях давления изменяется радиус пузырька и концентрация газа в нем. В фазе сжатия из пузырька в жидкость газ выходит, а в фазе расширения приходит в пузырек за счет диффузии. Так как количество продиффундирующего газа пропорционально площади поверхности, то при нелинейных пульсациях газовых пузырьков поток газа в пузырек при его расширении превышает поток газа из пузырька при его сжатии. За каждый цикл пульсации возникает приращение массы газа в пузырьке, что приводит к среднему во времени росту радиуса газового пузырька. Это явление названо выпрямленной газовой диффузией.

Рост паровых пузырьков при периодических пульсациях, возбуждаемых внешним полем, также обусловлен явлением, которое получило название выпрямленной теплопередачи или выпрямленного теплопереноса. Этот эффект аналогичен выпрямленной газовой диффузии. В фазе разрежения акустического поля при понижении давления понижается температура пузырька и тепло идет от жидкости в пузырек через большую площадь поверхности пузырька, а в фазе сжатия при повышении давления повышается температура пузырька и тепло уходит из пузырька в жидкость и при этом площадь поверхности пузырька мала. В среднем за цикл проявляется нелинейный эффект направленного от жидкости к пузырьку потока тепла. Кроме того, паровой пузырек при пульсациях поглощает энергию внешнего поля, которая затрачивается на испарение жидкости и приводит к дополнительному росту пузырька.

Процесс развития кавитационной области представляется следующим образом. При захлопывании кавитационный пузырек может терять устойчивость и распадаться на части, а так как давление и температура в этот момент в пузырьке максимальны, то давление и температура парогазовой смеси в образовавшихся «осколках» тоже повышены. В фазе растяжения они легко расширяются и становятся новыми зародышами кавитации, менее прочными, чем постоянно имеющиеся в жидкости. Кавитационные полости, возникшие на этих зародышах, порождают новые. Внутри кавитационной области идет непрерывный процесс размножения и коагуляции кавитационных пузырьков, причем кавитационный порог несколько уменьшается, так как в установившемся режиме роль кавитационных зародышей начинают выполнять равновесные пузырьки, объем и газосодержание у которых больше, чем у зародышей.

Воздушная кавитация

Процесс электрического разряда можно представить в виде последовательности процессов: процесс образования и расширения газового пузыря в жидкости после электрического разряда: электричество - пузырь (Э-П); процессы, происходящие в жидкости под действием пульсирующего пузыря: пузырь – гидравлика (П-Г); а также процессы взаимодействия смешивающихся жидкостей: гидравлика - гидравлика (Г-Г). Для уяснения сущности происходящих при этом процессов приведена последовательность явлений, сопровождающих разряд (рис.2.3.). Сначала показан момент, когда в жидкости между электродами в искровом промежутке возни­кают искровой разряд и первый — основной - гидравлический удар. Зона высоких давлений имеет специфическую форму, а жидкость получает огромные ускорения во все стороны от линии разряда (рис.2.3, а). Затем часть жидкости, расположенная над разрядом, под действием возникших сил вырывается из общего объема жидкости и в виде крупных брызг устремляется вверх, оставив в жидкости характерное углубление в виде чаши (рис.2.3, б). Слои жидкости, расположенные под разрядом (то есть у дна чаши), продолжают движение вниз и увлекают за собой капли дисперсной фазы через углубляющуюся чашу. Вылетевшая вверх часть жидкости интенсивно дробится на мелкие капли.

1 - электроды; 2 - контур зоны высоких давлений; 3 - чаша, образованная

вылетев­шей вверх частью жидкости; 4 - брызги жидкости; 5 – направление перемещения жидкости; 6 - углубляющаяся вниз чаша; 7 - прорвавшиеся вниз крупные капли дисперсной фазы; 8 - кумулятивный всплеск; 9 – волнообразные движения поверхности; 10 - дробящиеся и всплывающие капли дисперсной фазы.

Рис. 2.3. Схема процессов при кавитации

Вход в чашу начинает сжиматься под действием поверхностного натяжения жидкости (рис.2.3,г). Капли дисперсной фазы, двигающейся вниз, обгоняют жидкость, уже замедлившую свое перемещение, и в виде крупных пузырей прорываются внутрь нее. В жидкости появляются боковые и верх­ние перемещения, способствующие дальнейшему смыканию гор­ловины чаши. Вылетевшая вверх жидкость продолжает свое дви­жение, все более измельчаясь. Удлиненная чаша захлопывается, образовав кумулятивный всплеск и волнообразные движения поверхности под влиянием внутренних сил бурно дви­гающейся жидкости /52/. Весь объем сосуда заполняется многочислен­ными дробящимися на части и всплывающими вверх каплями дисперсной фазы разной величины. На поверхность жидкости падает по­терявшая скорость, раздробленная на капли жидкость, вылетев­шая ранее из сосуда (рис.2.3,д). На этом процесс заканчи­вается. Объем жидкости в сосуде густо насыщен воздушными пузырьками средних и малых размеров. Поверхность жидкости относительно спокойна. Падение капель жидкости сверху прекра­тилось (рис.2.3,е).