Физические явления и эффекты 4 страница
Гидростатика. Гидро- и аэро-динамика
4.1.2. Закон Паскаля
Давление,производимое внешними силами на поверхность жид-
кости или газа,передается по всем направлениям без измене-
ний.Такая передача давления происходит вследствии возможности
молекул жидкости или газа свободно перемещаться относительно
друг друга.
Напомним, что это движение полностью хаотично, и, следо-
вательно, в отсутствии силы тяжести или в состоянии невесомос-
ти давление во всех точках жидкости согласно закону Паскаля
будет одинаковым.
Соответственно, поэтому и "не работает" закон Архимеда в
этих условиях. На основе закона Паскаля работают гидравличес-
кие прессы и под'емники, некоторые вакууметры различного рода
гидро- и пневмо- усилители.
4.2 Течение жидкости и газа.
4.2.1 ЛАМИНАРНОСТЬ И ТУРБУЛЕНТНОСТЬ.
Упорядоченное движение вязкой жидкости ( или газа ) без
междуслойного перемешивания называется ламинарным течением.
При увеличении скорости потока возникающие в жидкости ( или
газе ) случайные возмущения приводят к образованию хаотическо-
го турбулентного движения, при котором частицы жидкости ( или
газа ) совершают неустановившиеся беспорядочные движения по
сложным траекториям, в результате чего происходит интенсивное
перемешивание жидкости ( или газа ). При ламинарном течении
жидкости ( или газа ) передача импульса от слоя к слою проис-
ходит за счет молекулярного механизма ( вязкость ) , поэтому
скорость потока жидкости ( или газа ) в трубе плавно убывает
от центра трубы к стенкам. При турбулентном потоке скорость
почти постоянна по сечению трубы, резко убывая на самой грани-
це жидкости ( или газа ) со стенкой трубы.
А.С. N 508262 : Спосоп диспергирования нитевидных крис-
таллов путем перемешивания кристалической массы в вязкой жид-
кости, отличающийся тем, что с целью уменьшения процениа
поломки кристаллов и времени процесса, перемешивание ведут в
режиме ламинарного течения жидкости с вихрями Тейлора в коак-
сиальном зазоре гладкоствольного роторного аппарата.
А.С. N 523277 : Способ контроля шероховатости с помощью
сопла, самоустанавливающегося по контролируемой поверхности,
основанной на измерении давления жидкости при турбулентном ре-
жиме течения в зазоре между соплом и контролируемой поверх-
ностью, отличающийся тем, что с целью повышения чувствитель-
ности и точности контроля, сначала создают ламинарный режим
течения в зазаоре, а затем фиксируют положение сопла и увели-
чивают расход газа или жидкости до достижения турбулентного
режима течения.
4.2.2 ЗАКОН БЕРНУЛЛИ.
для ламинарного режима течения справедлив закон Бернулли,
согласно которому полное давление в установившемся потоке жид-
кости остается постоянным вдоль этого потока. Полное давление
состоит из весового, статического и динамического давления. Из
закона Бернулли следует, что при уменьшении сечения потока ,
из-за возрастания скорости, т.е. динамического давления, ста-
тическое давление падает. Закон Бернулли справедлив и для ла-
минарных потоков газа. Явление понижения давления при увеличе-
нии скорости потока лежит в основе работы различного рода
расходомеров, водо и пароструйных насосов. Отметим , что закон
Бернулли справедлив в чистом виде только для жидкостей, вяз-
кость которых равна нулю, т.е. таких жидкостей, которые не
прилипают к поверхности трубы. На самом деле экспериментально
установлено, что скорость жидкости на поверхности твердого те-
ла всегда в точности равна нулю. Именно поэтому на поверхнос-
тях , находящихся в потоке жидкости, всегда образуются ка-
кие-то наросты, осаждения; этим же об'ясняется и тот факт, что
на лопастях крутящегося вентилятора всегда появляется слой пы-
ли.
Патент США N 3811323 : в измерителе потока жидкости тур-
бинного типа отсутствие осевого давления на подшипники ротора
достигнуто увеличением эффективной площади сечения потока на
участке, что обеспечивает возникновение эффекта Бернулли, под
влиянием чего на ротор воздействует усилие на участке, распо-
ложенном относительно ротора выше по течению потока.
А.С. N 437846 : Способ определения производительности
центробежного вентилятора с осевым направляющим аппаратом по
перепаду статических давлений в двух сечениях, расположенных
до и после направляющего аппарата, отличающийся тем , что с
целью повышения точности измерения и обеспечения возможности
определения производительности при произвольном угле поворота
лопаток направляющего аппарата , последние устанавливают на
угол, равный нулю, и замеряют статическое давление в вентиля-
ционном канале перед направляющим аппаратом и позади него в
самом узком сечении выходного патрубка , затем лопатки уста-
навливают на заданный угол поворота и определяют статическое
давление в сечении перед направляющим аппаратом, после чего
производительность подсчитывают по зависимости, полученной на
основании уравнений Бернулли и неразрывности потока.
4.2.3 ВЯЗКОСТЬ
ВЯЗКОСТЬ- свойство жидкости и газов, характеризующее соп-
ротивление их течению под действием внешних сил. Вязкость
об'ясняется движением и взаимодействием молекул . В газах
расстояние между молекулами существенно больше радиуса дейс-
твия молекулярных сил, поэтому вязкость газа определяется
главным образом молекулярным движением . Между движущимися от-
носительно друг друга слоями газа происходит постоянный обмен
молекулами , обусловленный их непрерывным хаотическим (тепло-
вым) движением. Переход молекул из одного слоя в соседний,
движущийся с иной скоростью, приводит к переносу от слоя к
слою определенного количества движения. В результате медленные
слои ускоряются, а более быстрые замедляются.
В жидкостях , где расстояние между молекулами много мень-
ше , чем в газах, вязкость обусловлена в первую очередь межмо-
лекулярными взаимодействиями, ограничивающими подвижность мо-
лекул. В жидкости молекула может проникнуть в соседний слой
лишь при образовании в нем полости, достаточной для перескаки-
вания туда молекулы. На образование полости расходуется энер-
гия активизации вязкого течения. Энергия активации падает с
ростом температуры и понижением давления. По вязкости во мно-
гих случаях судят о готовности или качестве продукта, посколь-
ку вязкость тесно связана со структурой вещества и отражает
физико-химические изменения материала, которые происходят во
время технологических процессов.
4.2.4 ВЯЗКОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ.
Протекание полярной непроводящей жидкости между обкладка-
ми конденсатора сопровождается некоторым увеличением вязкости
мгновенно исчезающим при снятии поля. Это явление в чистых
жидкостях получило название ВЯЗКОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА.
Установлено, что эффект возникает только в поперечных по-
лях и отсутсвует в продольных. Вязкость полярных жидкостей
возрастает с увеличением напряженности поля в начале пропорци-
онально квадрату напряженности, а затем приближается к некото-
рому постоянному предельному значению ( ВЯЗКОСТИ НАСЫЩЕНИЯ ) ,
зависящему от проводимости жидкости. Увеличение про водимости
приводит к увеличению вязкости насыщения.
На эффект оказывает влияние частота поля. В начале с по-
вышением частоты вязкоэлектрический эффект увеличивается до
определенного предела, затем вырождается до нуля.
Увеличение вязкости под действием электрического поля
происходит за счет того, что в жидкости могут находиться или
возникать под действием поля свободные ионы. Они становятся
центрами ориентации полярных молекул, т.е. источниками заря-
женных групп, для которых в электрическом поле возможно движе-
ние типа электрофореза. Количество движения таким образом, пе-
реносится от слоя к слою поперек потока.
Другая возможность образования групп-ориентация полярных
молекул, имеющих постоянный дипольный момент. Молекулы следят
за электрическим полем, ориентируясь поперек потока : для пре-
одоления доплнительного сопротивления нужны затраты энергии.
4.3 ЯВЛЕНИЕ СВЕРХТЕКУЧЕСТИ.
Особыми вязкостными свойствами обладает жидкий гелий, ко-
торый при понижении температуры испытывает фазовый переход
второго рода, превращаясь в сверхтекучую модификацию гелия ---
Не II. Причем в Не II превращается не весь гелий, а только
часть, т.е. при температуре ниже - - перехода (Т=2.17 К) гелий
можно представить себе состоящим из двух компонент - нормаль-
ный, свойства которого аналогичны свойствам гелия до перехода
(Не I) и сверхтекучей , вязкость которой чрезвычайно мала (
меньше 1.0е-1 ).
Компоненты могут двигаться независимо друг от друга, при-
чем движение сверхтекучей компоненты не связано с переносом
тепла ( ее энтропия равна нулю).
Низкая вязкость гелия позволяет использовать его в ка-
честве смазки, например в подшипниках.
Свойство сверхтекучей компоненты легко проникать в малей-
шую щель делает Не II удобным для поиска течей: погружение в
Не II - самая строгая проверка герметичности.
Малая ширина перехода ( 1.0е- К ) позволяет использовать
его как опорную точку при измерении температуры.
4.3.1 СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ.
Благодаря встречному конвективному движению двух компо-
нент тепло-передача в Не II происходит без переноса массы, в
результате чего теплопроводность Не II чрезвычайно высока.
Проявляется это, например, в прекращении кипения после II- пе-
рехода - теплопроводность настолько высока, что пузырьки газа
образоваться не могут и испарение происходит с поверхности.
Благодаря сверхвысокой теплопроводности Не II может слу-
жить хорошим хладоагентом для охлаждения.
Для различных целей физики низких температур часто требу-
ются тепловые ключи - устройства, теплопроводность которых
можно менять по своему усмотрению. Одной из возможных реализа-
ций теплового ключа является трубка, наполненная гелием, кото-
рый мы, меняя давление можем переводить изсвехтекучего состоя-
ния в нормальное и обратно.
4.3.2 ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ.
Если нагреть Не II в одном из сосудов ,сообщающихся между
собой через тонкий капилляр или пористую перегородку, то в нем
за счет перехода в обычную понизится концентрация сверхтекучей
компоненты. Т.к. сверхтекучая компонента, стремясь к установ-
лению равновесия, будет по капилляру поступать из ненагретого
сосуда, а нормальная компонента из нагретого выходить не бу-
дет, уровень гелия в нагреваемом сосуде увеличится .
Этот эффект может быть использован для создания своеоб-
разных насосов Не II .
4.3.3 МЕХАНО-КАЛОРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ.
Если повысить давление в одном из сосудов , рассматривае-
мых в предыдущем пункте, заполненных Не , находящемся в
сверхтекучем состоянии, то сквозь капилляр будет протекать
только сверхтекучая компонента.
Сверхтекучая компонента теплоту из сосуда , из которого
она вытекает , не уносит, вследствие чего температура внутри
этого сосуда будет повышаться. Температура же сосуда , в кото-
рый притекает сверхтекучая компонента будет уменьшаться.
На основе этого эффекта П.Л.Капицей был построен охлади-
тель. Одна ступень охладителя давала перепад температур 0.4 К.
Достоинствами метода является то, что его холодопроизво-
дительность не уменьшается с понижением температуры.
Используя Не II ка холодильный агент возможно в принципе
приблизиться сколь угодно близко к температуре абсолютного ну-
ля.
4.3.4 ПЕРЕНОС ПО ПЛЕНКЕ.
Поверхность тела, соприкасающегося с Не II покрывается
пленкой сверхтекучего гелия, по которой может происходить пе-
ренос жидкости из оного сосуда в другой.
Так, например , пустой сткан, погруженный не до краев в
Не II через некоторое время заполнится гелием. Скорость пере-
носа от разности уровней жидкости не зависит , и определяется
только периметром стенок в самом узком месте соединения.
Поскольку тонкую пленку можно рассматривать как капилляр,
то при переносе гелия на пленке имеет место термохимический
эффект. Можно усилить эффект , увеличив периметр тела, соеди-
няющего два сосуда, например, вставив пучок проволок.
Эффект нашел применение для разделения изотопов гелия Не-
3 и Не-4. Не-3 не свехтекучий, и по пленке сосуда, содержащего
смесь изотопов удаляется сам собой только изотоп Не-4.
Движение пленки можно остановить , если поместить пленку
между обкладками конденсатора, на который подано напряжение с
частотой 40-50 Герц.
4.4.1 ЭФФЕКТ ТОМСА.
Сопротивление , оказываемое трубопроводом потоку жидкости
при ламинарном режиме течения меньше , чем при турбулентном.
В 1948 г. Б.Томс ( Англия ) установил, что при добавлении
в воду полимерной добавки трение между турбулентным потоком и
трубопроводом значительно снижается .
Сам Томс работал с полиметилметакрилатом, растворенным в
монохлорбензоле; в последующие годы ученые и изобретатели в
различных странах нашли много других присадок, работающих еще
более эффективно.
Практическое применение эффекта Томса весьма разнообразно
: по традиции "смазывают" различными присадками трубопроводы,
"смазывают" полимерами морские и речные суда, напорные колонны
глубоких скважин и т.д.
Эффект Томса обуславливается образованием на границе
твердое тело-жидкость молекулярных растворов, которые ограни-
чивают турбулентность потока. Установлено , что добавка поли-
меров более эффективно действует при высоких скоростях потока
, где развивающаяся турбулентность потока больше.
Патент США N 3435796 : В устройстве, уменьшающем сопро-
тивление подводного аппарата, используется слабый раствор по-
лимера, образующий в пограничном слое забортной воды при сме-
щении подогретой жидкой смеси либо гранулированного или
порошкообразного полимера с морской водой. Подогретая жидкая
смесь представляет собой дисперсию макромолекул полимера,
растворимую в морс при температуре окружающей среды, но не-
растворимую в воде температуре выше 70 градус Цельсия.Когда по-
догретая жидкая смесь попадает в холодную воду при соответс-
твующих условиях окружающей среды, микрочастицы набухают и
растворяются, образуя клейкую массу. В пограничном слое обте-
кающего потока они образуют молекулярный раствор макромолекул,
препятствуя турбулизации потока.
А.с. N 244032: Способ снижения потерь напора при переме-
щении жидкости по трубопроводу, отличающийся тем, что с целью
достижения жидкостью свойства псевдопластичности, в нее вводят
длинноцепочный полимер, например полиакриламид, в колличестве
0,01-0,2% по весу.
Снижение гидродинамического сопротивления может быть до
за счет образования под воздействием какого-либо поля из моле-
кул самой жидкости присадок, аналогичных по свойствам полимер-
ным молекулам.
А.с. N 364493: Способ снижения гидродинамического сопро-
тивления движению тел, например, судов, путем уменьшения сил
трения в пограничном слое, отличающийся тем, что с целью упро-
щения способа и повышения его эксплуатационной надежности пу-
тем исключения подачи в пограничные слои высокомолекулярных
составов, в пограничном слое создают электромагнитное поле,
генерирующее комплексы молекул.
Применение способа по п.1 для решения внутренней задачи,
например, для снижения сопротивления жидкости в трубопроводе.
4.4.2. С к а ч о к у п л о т н е н и я.
Что такое лобовое сопротивление при обтекании твердых тел
потоком жидкости или газа - общеизвестно. Однако, кроме лобо-
вого сопротивления, при обтекании возникает так называемое
волновое сопротивление, являющееся результатом затрат энергии
на образование акустических или ударных волн. В газе, напри-
мер, ударные волны возникают при образовании скачка уплотнения
у лобовой поверхности тела при обтекании его сверхзвуковым по-
током газа. При образовании скачка уплотнения резко увеличива-
ется плотность, температура, давление и скорость вещества по-
тока; в результате могут иметь место процессы диссоциации и
ионизации молекул, сопровождающиеся мощным световым излучени-
ем. Световое излучение может сильно разогреть как газ перед
фронтомволны, так и поверхность движущегося тела.
4.4.3. Э ф ф е к т К о а н д а.
Румынский ученый Генри Коанд в 1932 году установил, что
струя жидкости, вытекающая из сопла, стремится отклониться по
направлению к стенке и при определенных условиях прилипает к
ней. Это обьясняется тем, что боковая стенка препятствует сво-
бодному поступлению воздуха с одной стороны струи, создавая
вихрь в зоне и пониженоого давления. Аналогично и поведение
струи газа. На основе этого эффекта строится одна из ветвей
пневмоники (струйной автоматики).
4.4.4. Э ф ф е к т в о р о н к и.
Если уровень жидкости в сосуде с открытой поверхностью
понизится до определенного уровня при свободном сливе жидкости
че отверстие в нижней части сосуда, то на поверхности жидкости
об водоворот (т.е. вихревое движение воды), который на ред-
кость устойчив, и нарушить его трудно.
4.5. Э ф ф е к т М а г н у с а.
Если твердый цилиндр вращется вокруг продольной оси в на-
бегающем потоке жидкости или газа, то он увлекает во вращение
прилегающие к нему слои жидкости или газа; в результате окру-
жающая среда движется отнительно цилиндра не только поступа-
тельно, но еще и вращается вокруг него. В той зоне, где нап-
равление поступательного и вращательного движения совпадают,
результирующая скорость движения окружающей средыпревосходит
скорость потока. С противоположной стороны цилиндра поток,
возникающий из-за вращения, противодействует поступательному
потоку и результирующая скорость падает. А из закона Бернулли
известно, что в тех местах, где скорость больше, давление по-
нижено и наоборот. Поэтому с разных сторонна вращающийся ци-
линдр действуют разные силы. В итоге появляется результирующая
сила, которая всегда направлена перпендикулярно образующим ци-
линдра и потоку.
Естественно, что такая же сила возникает при движении
вращающейся сферы в вязкой жидкости или газе (вспомните круче-
ны футболе, тенисе волейболе). На основе эффекта Магнуса в
свое время был построен корабль с вращающимися цилиндрами
вместо парусов. Конечно, эти цилиндры работали в качестве дви-
гателя только при боковом ветре.
В эффекте Магнуса взаимосвязаны: направление и скорость
потока, направление и величина угловой скорости, направление и
величина возникающей силы. Соответственно можно измерять поток
и угловую скорость.
Патент США N 3587327: В устройстве для измерения угловой
скорости и индикации направления вращения газовая струя разде-
ляется на две струи, каждая из которых тангенциально касается
противоположных сторон диска неподвижно закрепленного на акси-
ально вращающемся валу. Вращение диска накладывается на струи
разность давлений, величина которых пропорциональна скорости
вращения вала. В зависимости от направления вращения вала на
ту или другую струю накладывается большее относительное давле-
ние.
А.с. N 514616: Способ разделения неоднородных жидких сред
на легкую тяжелую фракции, предусматривает общее воздействие
на поток разделяемой среды центробежного и гравитационного по-
лей отличающийся тем, что с целью повышения эффективности, по-
ток разделяемой среды при воздействии на него центробежного и
гравитационного полей перемещают ввиде ряда, например, парал-
лельных слоев с расстоянием между слоями, меньшими величины
диаметра частиц тяжелой фракции, и последовательно возрастаю-
щими при переходе от одного слоя к другому, скоростями обеспе-
чивающими градиент скорости, направленной перпендикулярно пе-
ремещению слоев жидкости и создающий вращение частиц тяжелой
фракции вокруг своей оси, и гидродинамическую подьемную силу,
например силу эффекта Магнуса.
4.6. Дросселирование жидкостей и газов.
Дросселирование - расширение жидкости, пара или газа при
прохождении через дроссель - местное гидродинамическое сопро-
тивление (сужение трубопровода, вентиль, кран и другие), соп-
ровождающиеся изменением температур. Дросселирование широко
применяется для измерения и регулирования расхода жидкостей
газов.
4.6.1. Э ф ф е к т Д ж о у л я - Т о м с о н а.
(Дроссельэффект) заключается в изменении температуры газа
при его адиабатическом (без теплообмена с окружающей средой)
дросселировании, т.е. протекании через пористую перегородку,
диафрагму или вентель. Эффект называется положительным, если
температура газа при адиабатическом дросселировании понижает-
ся, и отрицательным, если она повышается. Для каждого реально-
го газа существует точка инверсии - значение температуры при
которой измеряется знак эффекта. Для воздуха и многих других
газов точка инверсии лежит выше комнатной температуры и они
охлаждаются в процессе Джоуля-Томсона. Дросселирование - один
из основных процессов, применяемых в технике снижения газов и
получения сверхнизких температур.
А.с.257801: Способ определения термодинамических величин
газов, например, энтальции, путем термостатирования исходного
газа, дросселирования его с последующим измерением тепла, под-
веденного к газу, отличающийся тем, что с целью определения
термодинамических величин газов с отрицательным эффектом Джоу-
ля-Томсона, газ после дросселирования охлаждают до первона-
чальной температуры, затем нагревают до температуры после
дросселя с измерением подведенного к нему тепла и по известным
соотношениям определяют искомые величины.
4.7. Гидравлические удары.
Быстрое перекрытие трубопровода с движущейся жидкостью
вызывает резкое повышение давления, которое распределяет упру-
гой волны сжатия по трубопроводу против течения жидкости. Эта
волна несет с собой энергию, полученную за счет кинетической
энергии жидкости. Подход волны к какому-нибудь препятствию
(изгибу трубопровода, задвижке и т.д.) вызывает явление гид-
равлического удара. Ослабление гидравлического удара может
быть достигнуто или увеличением времени перекрытия, или же
включением каких-либо, демпферов поглощающих энергию волны.
Для увеличения силы удара целесообразно применять жидкости без
неоднородностей и мгновенные перекрытия. Обычно вслед за гид-
равлическим ударом следует удар кавитационный, возникающий из-
за понижения давления за фронтом ударной волны сжатия (о кави-
тации смотри раздел 4.8). Волны сжатия в жидкости возникают
также при различного рода врывных явлениях в движущейся или
покоящейся жидкости (глубинные бомбы).
Патент США N 3118417: Способ укрепления морского якоря
заключается в следующем. Подвижной якорь опускают в воду над
тем местом, где он должен быть поставлен. Поток воду через
расположенную над якорем колонну поступает в ограниченную по-
лость где давление меньше давления жидкости в колонне и в ок-
ружающей среде. Резко остановленный поток воды передает гид-
равлический удар на якорь, что обеспечивает введение
последнего в грунт.
А.с. N 269045: Способ повышения динамической устойчивости
энергосистемы при аварии на линии электропередач путем сниже-
ния мощности гидротурбины, отличающийся тем, что с целью
уменьшения напора перед гидротурбиной создают отрица гидравли-
ческий удар путем отвода части потока, например в резервуаре.
А.с. N 348806: Способ размерной электрохимической обра-
ботки с регулированием рабочего зазора путем переодического
соприкосновения электродов с последующим отводом электрода -
инструмента на заданную величину, отличающийся тем, что для
отвоинструмента используют силу гидравлического удара, возни-
кающего в электролите, подаваемом в рабочий зазор.
4.7.1. Электро - гидравлический удар.
Волну сжатия в жидкости можно вызвать также мощным им-
пульсным электрическим разрядом между электродами, помещенными
в жидкость (электрогидравлический эффект Юткина). Чем круче
фронт электрического импульса, чем менее сжатая жидкость, тем
выше давление в ударе и тем "бризантнее" электрогидравлический
. Электрогидравлический удар применяется при холодной обработ-
ке металлов, приразрушении горных пород, для диамульсации жид-
костей, интенсификации химических реакций и т.д.
Патент США N 3566447: Формирование пластических тел при
помощи гидравлического удара высокой энергии. Патентуется гид-
раввлическая система в которой столб жидкости, находящийся в
баке гидропушки, напрвляется на заготовку. Для проведения жид-
кости в движение в указанном столбе жидкости производят элект-
рический разряд, в результате чего генерируется направленная
на заготовку волна, которая в сочетании с собственным высоким
давлением жидкости осуществляет деформацию заготовки. Скорость
струи напрвляемой на заготовку, составляет от 100 до 10000
м/с.
В США эффект Юткина применяют для очистки электродов от
налипшего на них при электролизе металлов, а в Польше - для
упрочения стальных колец турбогенераторов. При этом стоимость
операций, как правило, снижается.
А.с. N 117562: Способ получения коллоидов металлов и уст-
ройство для осуществления при применении высокого напряжения
за счет электрогидравлического удара между микрочастицами ма-
териала, диспергированного в жидкости.
Ударная волна возникающая в воде при быстром испарении
металлических стержней электрическим током (см. ниже А.с. N
129945) вполне пригодна для разрушения валунов и других креп-
ких материалов, для разбивки бетонных фундаментов, зачистки
окальных оснований гидротехнических сооружений и других работ
связанных с разрушением. Приведенные примеры иллюстрируют при-
менение эффекта. Ниже даны примеры того, каким способом можно
получить или усилить электрогидравлический удар.
В японском патенте N 13120 (1965) описан способ электро-
гидравлической формовки ртутно-серебрянными электродами. При
парименении таких электродов сила ударной волны в воде возрас-
тает, так как к давлению плотной плазмы, образующейся в канале
разряда прибавляется давление паров ртути. Применение этого
способа позволяет заметно уменьшить емкость конденсаторной ба-
тареи.
А.с. N 119074: Устройство для получения свервысоких гид-
равлических давлений предназначенное для осуществления способа
по А.с. N 105011, выполненное ввиде цилиндрической камеры, со-
общенной одним концом с трубопроводом, подающим жидкость, а
другим - с ресивером, отличающееся тем, что с целью создания
электрогидравлических степеней сжатия применены искровые про-
межутки, располагаемы по длине камеры на определенном расстоя-
нии друг от друга.
А.с. N 129945: Способ получения высоких и сверхвысоких
давлений для создания электрогидравлических ударов, отличаю-
щийся тем, что высокие и сверхвысокие давления в жидкости по-
лучают путем испарения в ней действием эмульсного заряда то-
копроводящих элементов в виде проволоки, ленты или трубки,
замыкающих электроды.
4.7.2. С в е т о г и д р а в л и ч е с к и й удар.
Советские физики (А.М.Прохоров, Г.А.Аскарьян и Г.П.Шапи-
ро) установили, что мощные гидравлические волны можно получить
используя луч квантового генератора (открытие N65). Если луч
мощного квантового генератора пропустить через жидкость, то
вся энергия луча поглотится в жидкости, приводя к образованию
ударных волн с давлением, доходящим до миллиона атмосфер. Это
открытие находит, кроме обычных областей применения гидравли-
ческих ударов, очень широкое применение микроэлектронике, для
условий особо чистых поверхностей, для обработки таких матери-
алов и изделий, которые исключают пр электродов и т.д. Исполь-
зуя светогидравлический эффект, можно издалека, дистанционно,
возбуждать в жидкости гидравлические импульсы с помощью луча
света (см. также 17.7).
4.8. K а в и т а ц и я.
Кавитацией называется образование разрывов сплошности
жидкости в результате местного понижения давления. Если пони-
жение давления происходит вследствии возникновения больших
местных скоростей в потоке движущейся капельной жидкости, то
кавитация называется гидродинамической, а если вследствие про-
хождения в жидкости акустических волн, то акустической.
4.8.1. Гидродинамическая кавитация
Возникает в тех участках потока, где давление понижается
до некоторого критического значения. Присутствующие в жидкости
пузырьки газа или пара, двигаясь с потоком жидкости и попадая
в облать давления меньше критического, приобретает способность
к неограниченному росту. После перехода в зону пониженного
давления рост прекращается и пузырьки начинают уменьшаться.
Если пузырьки содержат достаточно много газа, то при достиже-
нии ими минимального радиуса, они восстанавливаются и соверша-
ют несколько циклов затухающих колебаний, а если мало, то пу-
зырек схлопывается полностью в первом цикле.
Таким образом, вблизи обтекаемого тела создается
кавитационная зона, заполненная движущимися пузырьками. Сокра-
щение кавитационного пузырька происходит с большой скоростью и
сопровождается звуковым импульсом, тем более сильным, чем
меньше газа содержит пузырек. Если степень развития кавитации
такова, что возникает и захлопывается множество пузырьков, то
явление сопровождается сильным шумом со сплошным спетром от
несколько сотен герц до сотен кгц. Спектр расширяется в об-
ласть низких частот по мере увеличения максимального радиуса
пузырьков.