Проблемы машиностроения и надежности машин, 2020, № 1, стр. 31-38

НАГРЕВ ЖИДКОСТИ ПРИ СХЛОПЫВАНИИ

А. А. Аганин 1, О. Р. Ганиев 1, А. И. Давлетшин 1*, Л. Е. Украинский 1

1 Институт машиноведения им. А.А. Благонравова РАН
г. Москва, Россия

* E-mail: anas.davletshin@gmail.com

Поступила в редакцию 17.04.2019
Принята к публикации 25.10.2019

Аннотация

Представлены результаты численного исследования процесса нагрева жидкости при схлопывании одиночного сферического кавитационного пузырька в воде при давлении жидкости 10 бар, ее температуре 20°С и начальном радиусе пузырька 500 мкм. При моделировании данного явления учитываются теплопроводность пара в пузырьке и окружающей жидкости, теплообмен и испарение/конденсация на поверхности пузырька, эффекты вязкости и сжимаемости жидкости. Показано, что в результате схлопывания пузырька жидкость нагревается в области с радиусом около 60 мкм. Температура в центре этой области примерно на 50°С, выше, чем у окружающей жидкости. Тепловая энергия, затраченная на нагрев жидкости в этой области, примерно равна 25 мкДж.

Ключевые слова: кавитационный пузырек, паровой пузырек, коллапс пузырька, захлопывание пузырька, радиальные пульсации пузырька, нагрев жидкости

DOI: 10.31857/S0235711920010022

Список литературы

  1. Philipp A., Lauterborn W. Cavitation erosion by single laser-produced bubbles // J. Fluid Mech. 1998. V. 361. P. 75–116.3. Pearsall I.S. Cavitation. 1972. Mills and Boon Limited London.

  2. Pearsall I.S. Cavitation. London: Mills and Boon Limited, 1972.

  3. Brennen C.E. Hydrodynamics of pumps. Oxford university press, 1994.

  4. Harrison M. An experimental study of single bubble cavitation noise // JASA. 1982. V. 24. № 6. P. 776.

  5. Kieser B., Phillion R., Smith S., McCartney T. The application of industrial scale ultrasonic cleaning to heat exchangers // Proceed of Int. Conf. on Heat exchanger fouling and cleaning. 2011. P. 336.

  6. Guoa Sh., Khoo B.Ch., Teob S.L. M., Lee H.P. The effect of cavitation bubbles on the removal of juvenile barnacles // Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 2013. V. 109. P. 219.

  7. Ohl C.-D., Arora M., Ikink R., Jong N., Versluis M., Delius M., Lohse D. Sonoporation from Jetting Cavitation Bubbles // Biophysical J. 2006. V. 91. P. 4285.

  8. Ганиев Р.Ф., Корнеев А.С., Украинский Л.Е. Об эффекте волнового диспергирования газа в жидкости // ДАН. 2007. Т. 416. № 3. С. 329.

  9. Ганиев Р.Ф., Украинский Л.Е. Нелинейная волновая механика и технологии. Волновые и колебательные явления в основе высоких технологий. Изд. 2-е, дополн. М.: Институт компьютерных исследований; Научно-издательский центр “Регулярная и хаотическая динамика”, 2011. С. 780.

  10. Бритвин Л.Н. Теплогенератор кавитационно-вихревого типа. Патент РФ по заявке 99110397/06, 2001.

  11. Бирюк В.В., Серебряков Р.А., Достовалова С.С. Вихревой гидравлический теплогенератор с улучшенными характеристиками // Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. 2015. № 3. С. 70.

  12. Yang Y.X., Wang Q.X., Keat T.S. Dynamic feature of a laser-induced cavitation bubble near a solid boundary // Ultrasonics Sonochemistry. 2013. V. 20. P. 1098.

  13. Taleyarkhan R.P., West C.D., Cho J.S., Lahey R.T. (Jr.), Nigmatulin R.I., Block R.C. Evidence for nuclear emissions during acoustic cavitation // Science. 2002. V. 295. P. 1868.

  14. Nigmatulin R.I., Akhatov I.Sh., Topolnikov A.S., Bolotnova R.Kh., Vakhitova N.K., Lahey R.T. (Jr.), Taleyarkhan R.P. The Theory of Supercompression of Vapor Bubbles and Nano-Scale Thermonuclear Fusion // Physics of Fluid. 2005. V. 17. 107106.

  15. Prosperetti A., Lezzi A. Bubble dynamics in a compressible liquid. Part 1. First-order theory // J. Fluid Mech. 1986. V. 168. P. 457.

  16. Aganin A.A., Toporkov D.Yu. Liquid viscosity effect in dynamics of a nonspherical bubble // Proc. of The International Summer Scientific School “High Speed Hydrodynamics 2004”, Cheboksary, Russia, 2004. P. 197.

  17. Хайрер Э., Нерсетт С., Виннер Г. Решение обыкновенных дифференциальных уравнений. Нежесткие задачи. М. Мир, 1990. С. 512.

Дополнительные материалы отсутствуют.