Электронный журнал «Техническая акустика» ISSN 1819-2408

С. Д. Шестаков

Многопузырьковая акустическая кавитация: математическая модель и физическое подобие

язык: русский

получена 23.08.2010, опубликована 30.09.2010

Скачать статью (PDF, 700 кб, ZIP), используйте команду браузера "Сохранить объект как..."
Для чтения и распечатки статьи используйте «Adobe Acrobat© Reader» версии 4.0 или выше. Эта программа является бесплатной, ее можно получить на веб-сайте компании Adobe© (http://www.adobe.com/).

АННОТАЦИЯ

Показано, что пространственное распределение плотности эрозионной мощности многопузырьковой кавитации может быть описано функцией координат пространства и параметров волны, которая вызывает кавитацию. Для этого, в каждой точке пространства необходимо вычислить значение двух специальных метрик. Первая из этих метрик позволит найти среднее время прихода в эту точку возмущения давления от пульсаций всех пузырьков, вторая - средний коэффициент затухания величины этих возмущений. Полагая многопузырьковую кавитацию эргодическим процессом, интеграл суперпозиции всех возмущений давления следует аппроксимировать периодической обобщенной функцией импульса давления на поверхности одиночного кавитационного пузырька с периодом колебаний равным периоду гармонической волны. Это делает относительно легким численное моделирование динамики многопузырьковой кавитации и дает возможность количественно сравнивать результаты ее физико-химического воздействия при использовании для этого теории физического подобия. Также это позволяет с достаточной степенью точности и надежности выполнять необходимые при проектировании технологических устройств технические расчеты.

Ключевые слова: многопузырьковая акустическая кавитация, численное моделирование, физическое подобие.

16 страниц, 8 иллюстраций

Как сослаться на статью: С. Д. Шестаков. Многопузырьковая акустическая кавитация: математическая модель и физическое подобие. Электронный журнал "Техническая акустика", http://ejta.org, 2010, 14.

ЛИТЕРАТУРА

1. Mettin R., Koch Ph. and Lauterborn W. Modeling acoustic cavitation with bubble redistribution // 6-th International Symposium on Cavitation, Wageningen, 2006.
2. Шестаков С. Д. Основы технологии кавитационной дезинтеграции.- М: ЕВА-пресс, 2001.
3. Margulis M. A. Sonochemistry and Cavitation.- London: Gordon & Breach, 1995.
4. Dezhkunov N. V. et al. Enhancement of sonoluminescence emission from a multibabble cavitation zone // Ultrasonics Sonochemistry, 7, 2000.
5. Nigmatulin R. I. et al. The theory of supercompression of vapor bubbles and nano-scale thermonuclear fusion // Physics of Fluids, 17, 107106, 2005.
6. Маргулис М. А. Сонолюминесценция // УФН, 170, 263, 2000.
7. Matula T. J. et al. Comparison of multibubble and single-bubble sonoluminescence spectra // Phys. Rev. Lett., 75, 1995.
8. Flannigan D. and Suslik K. Plasma formation and temperature measurement during single-bubble cavitation // Letters to Nature, 434, 2005.
9. Шестаков С. Д. Исследование возможности непараметрического усиления многопузырьковой кавитации // Прикладная физика, 6, 2008.
10. Ланин В. Л., Дежкунов Н. В. и Томаль В. С. Приборное обеспечение измерения параметров ультразвуковых воздействий в технологических процессах // Технология и конструирование в электронной аппаратуре, 2, 2008.
11. Дежкунов Н. В., Игнатенко П. В. и Котухов А. В. Оптимизация активности кавитации в импульсно модулированном ультразвуковом поле // Электронный журнал «Техническая акустика», http://www.ejta.org, 2007, 16.
12. Krefting D., Mettin R. and Lauterborn W. High-speed observation of acoustic cavitation erosion in multibubble systems // Ultrasonics Sonochemistry, 11, 2004.
13. Mawson R., Knoerzer K. A brief history of the application of ultrasonics in food processing // 19-th ICA Congress, Madrid: 2007.
14. Knapp R., Daily J. and Hammitt F. Cavitation. NY: McGraw Book Company, 1970. (Кнэпп Р., Дейли Дж. и Хэммит Ф. Кавитация.- М: Мир, 1974).
15. Физика и техника мощного ультразвука. Мощные ультразвуковые поля // под ред. Л. Д. Розенберга.- М: Наука, 1968.
16. Подобрий Г. М. и др. Теоретические основы торпедного оружия. М: Воениздат, 1969.
17. Klotz А. R., Hynynen K. Simulations of the Devin and Zudin modified Rayleigh-Plesset equations to model bubble dynamics in a tube // Electronic Journal “Technical Acoustics”, http://www.ejta.org, 2010, 11.
18. Мельников П. И., Макаренко В. Г. и Макаренко М. Г. Достижение высоких температур при сжатии парового пузырька // ПМТФ, т. 45, 4, 2004.
19. Gaitan D., Tessien R. and Hiller R. Pressure pulses from transient cavitation in high-q resonators // 19-th ICA Congress, Madrid: 2007.
20. Floris F. M. Modeling the Cavitation Free Energy // The Journal of Physical Chemistry, 109 (50), B2005, 24061-24070.
21. Patent EP 1810744, 2007.
22. Лавриненко О. В., Савина Е. И. и Леонов Г. В. Моделирование механо-физико-химических эффектов в процессе схлопывания кавитационных полостей // Ползуновский вестник, 3, 2007.
23. Кедринский В. К. Динамика зоны кавитации при подводном взрыве вблизи свободной поверхности // ПМТФ, 5, 1975.
24. Шестаков С. Д., Бефус А. П. Формулирование критерия подобия сонохимических реакторов при обработке сред, не обеспечивающих акустического резонанса, Деп. в ВИНИТИ РАН, №840-В2008.
25. Шестаков С. Д. О распределении плотности потенциальной энергии многопузырьковой кавитации относительно порождающей ее гармонической волны // Сб. тр. ХVI сессии Росс. акуст. об-ва, т.1.- М.: ГЕОС, 2005.
26. Красуля О. Н., Шленская Т. В. и Шестаков С. Д. Опыт использования сонотехнологий в пищевой промышленности // Сб. тр. ХХII сессии Росс. акуст. об-ва.- М.: ГЕОС, 2010.
27. Lahey R. T., Taleyarkhan R. P. and Nigmatulin R. I. Sonofusion technology revisted // Nuclear Eng. and Design,V.237, 2007.
28. http://www.reltec.biz/ru.
29. http://www.hielscher.com.

Сергей Дмитриевич Шестаков - доктор технических наук, профессор Московского государственного университета технологий и управления, председатель регионального отделения Российского акустического общества. Автор научного открытия в области физики, двух монографий, 100 опубликованных научных трудов, 50 запатентованных изобретений. Научные интересы: системный анализ и математическое моделирование в области ультразвуковых технологий и смежные вопросы. e-mail: sdsh(at)mail.ru