Динамика жидкости при интенсивном расширении кавитационных полостей

Интенсивное расширение кавитационных полостей является весьма распространенным явлением. В частности, оно реализуется после сильного коллапса кавитационных пузырьков. Одним из важнейших эффектов, связанных с расширением кавитационных пузырьков после их сильного коллапса, является возникновение ударно-волновых импульсов в жидкости. Такие импульсы обладают большим разрушительным потенциалом, в силу чего они могут иметь как отрицательные (повреждение насосов, лопаток гидротурбин и т.д.), так и положительные (очистка твердых поверхностей от загрязнений, интенсификации сонохимических реакций и т.д.) последствия. Интенсивное расширение кавитационных полостей может возникать также в трубах при резком изменении скорости или направления потока жидкости. Последующее схлопывание таких полостей способно привести к механическому повреждению стенок трубы. Знание особенностей динамики жидкости при интенсивном расширении кавитационных полостей можно использовать как для ослабления или предотвращения вредных последствий кавитации, так и для различных полезных применений. В связи с этим тема диссертации является актуальной. В работе выявлены особенности возникновения, распространения и трансформации ударно-волновых импульсов, возникающих при расширении кавитационных пузырьков после их интенсивного коллапса, в зависимости от начального радиуса пузырька, давления и температуры жидкости, массообмена на поверхности пузырька. Установлены закономерности динамики столба жидкости в цилиндрической емкости в условиях известных экспериментов по разрушению бутылки в результате удара по ее верхнему концу. Предложена модификация зависимости давления насыщенного пара от температуры для определения границы двухфазной области в рамках широкодиапазонных уравнений состояния воды Нигматулина-Болотновой. Определены неотражающие свойства условий на искусственной границе расчетной области жидкости в виде уравнений Рэлея-Ламба, Рэлея-Плессета и соотношения для давления на свободной поверхности. Полученные результаты могут быть использованы при разработке методов снижения или предотвращения вредных последствий разрушительного воздействия кавитации на разнообразные устройства, поверхности которых контактируют с жидкостью (трубопроводные системы транспортировки жидкости, гидронасосы и т.д.). Их также можно применять для оптимизации положительного влияния кавитации при выборе режимных параметров ультразвуковой очистки поверхностей разнообразных твердых тел от загрязнений, ультразвукового перемешивания и т.д.