Сценарий сюжета «Кавитация. Загадочные пузырьки»

Конец Х1Х века. В Англии проходят испытания нового миноносца «Деринг». Конструкторы утверждают: корабль способен развить рекордную по тем временам скорость – 27 узлов. И все же надежды не оправдались. Миноносец, разогнавшись до 24-х узлов, на большее оказался не способен. Выяснилось, что упор гребного винта снижала кавитация – образование пустот в жидкости. Это физическое явление до сих пор загадка для ученых.

Константин Урпин, руководитель проекта РАТРОН (технопарк «Строгино»): Официальная наука не имеет стройной теории, есть несколько гипотез, почему это происходит. Но стройной теории, которая бы имела математическую модель, не существует.

Кавитационный пузырек. В чем же его особенность? Известно немного. Каверны или пустоты появляются в жидкости, если в ней создать пониженное давление. В одном кубическом сантиметре таких пузырьков около миллиарда, и живут они ничтожные доли секунды.

Петр Мельников, кандидат физико-математических наук: Когда пузырек сжимается, в нем образуется, как правило, ударная волна, которая «схлопывается» к центру, и вот в этом центре достигаются очень высокие температуры.

Температура внутри кавитационного пузырька достигает 10 000 градусов, а давление - более 200 атмосфер. «Схлопываясь» пузырьки передают свою энергию жидкости. Кавитация действует разрушительно. Крошит бетонные стены плотин, оставляет выбоины на гребных винтах кораблей.

Урпин К.В.: У подводной лодки винты пробовали делать из титана. Кавитация и его съела, то есть против ее разрушительной силы, нет ничего на Земле надежного.

С кавитацией привыкли бороться. Но российские ученые задумались: можно ли превратить разрушительную силу в союзника? В процессе кавитации выделяется тепло.

Урпин К.В.: А почему бы не использовать тепло и не попробовать это тепло снимать с этих приборов и пускать его на обогрев или на горячее водоснабжение.

Идею воплотили в жизнь. В замкнутом контуре циркулирует вода. Процесс «схлопывания» пузырьков идет в теплогенераторе. Количество выделяемого тепла во много раз больше, чем затраты на электроэнергию. Один киловатт может обогреть более 30 квадратных метров помещения. А это в 3 раза экономичнее существующих электрических приборов.

Мельников: Происходит эффективное преобразование энергии, поступательной энергии движения воды в тепловую энергию.

Разработка уникальна тем, что кавитация не разрушает отопительный прибор изнутри. «Ноу-хау» российских изобретателей в том, что пузырьки образуются между слоями жидкости.

Урпин К.В.: У нас кавитация образуется между дисками, а у многих изобретателей и инженеров, которые тоже пытаются в этой области работать, у них кавитация образуется на поверхности диска, тем самым она его съедает за год.

Эффект, с которым долго боролись, теперь приносит ощутимую пользу. И, как утверждают разработчики, вариантов применения кавитации множество. Например, перемешивание «несовместимых» жидкостей вроде бензина и воды, очищение поверхностей и даже изготовление мороженого.

Урпин К.В.: Мы уже сейчас вывели около 46-ти направлений, где можно это использовать, эффект кавитации, как от обработки жидкости с целью уничтожения микробов и всяких болезнетворных бактерий, так и до приготовления кормов для животных, увеличивающих усваиваимость этих кормов.

Кавитация когда-то сорвала военные планы Англии. Но, благодаря науке, эффект, считавшийся вредным, теперь используют в мирных целях. И это действительно лучшее применение.

Всю программу можно посмотреть здесь (наш сюжет с 28,30 мин)

http://tvkultura.ru/video/show/brand_id/20863/episode_id/978647/video_id/991963

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.Шапиро) 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 гидравлических ударов, очень широкое применение микроэлектронике, для условий особо чистых поверхностей, для обработки таких материалов и изделий, которые исключают пр электродов и т.д. Используя 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 понижение давления происходит вследствии возникновения больших местных скоростей в потоке движущейся капельной жидкости, то кавитация называется гидродинамической, а если вследствие прохождения 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 достижении ими минимального радиуса, они восстанавливаются и совершают несколько циклов затухающих колебаний, а если мало, то пузырек схлопывается полностью в первом цикле.

Таким образом, вблизи обтекаемого тела создается кавитационная зона, заполненная движущимися пузырьками. Сокращение 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 область низких частот по мере увеличения максимального радиуса пузырьков.

Если бы жидкость была идиально однороной, а поверхность твердого тела, с которым она граничит идеально смачисваемой, то разрыв происходил бы при давлении более низком, чем давление насыщенного паражидкости, при котором жидкость становится нестабильной. Теоретическая прочность воды на разрыв равна 1500 кг/см. реальные жидкости менее прочны. Максимальная прочность на разрыв тщательно очищенной воды, достигнутая при растяжении воды при 10 град. составляет 260 кг/см. Обычно же разрыв наступает при давлениях, насыщенного пара. низкая прочность реальных жидкостей связана с наличием в них так называемых кавитационных зародышей - плохо смачиваемых участков твердого тела, твердых частиц, частиц, заполненных газом микроскопических газовы предохраняемых от растворения мономолекулярными органическими оболочками, ионных образований, возникающих под действием космических лучей.

Увеличение скорости потока после начала кавитаци влечет за собой быстрое возрастание числа развивающихся пузырьков, вслед за чем происходит их обьединение в общую кавитациверну и течение переходит в струйное.

Для плохо обтекаемых тел, обладающих острыми кромками, формирование струйного вида кавитации происходит очень быстро. наличие кавитации неблагоприятно сказывается на работе гидравлических машин, турбин, насосов, судовых гребных винтов и заставляет принимать меры к избежанию кавитации. Если это оказывается невозможным, то в некоторых случаях полезно усилить развитие кавитации, создать так называемый режим "суеркавитации", отличающийся струйным характером обтекания и применив специальное профилирование лопастей, обеспечить благоприятные условия работы механизмов. Замыкание кавитационных пузырьков вблизи поверхности обтекаемого тела часто приводит к разрушению поверхности,- так называемой кавитационной эрозии. Чтобы избежать захлопывание кавитационных пузырьков, надо подать в область пониженного давления какой-нибудь газ, например воздух.

Так сделали специалисты Гидропроекта. Они построили на водосбросе Нурекской плотины в области максимальной кавитации искуственный трамплин, создав тем самым большую зону пониженного давления, которую соединили с атмосферой. Теперь кавитация засасывала воздух из атмосферы и сама себя разрушила.

Очень часто используют происходящие при кавитации разрушения для ускорения различных технологических процессов.

А.с. N 443663: Способ приготовления грубых кормов, включающий обработку их раствором щелочи, отличающийся тем, что с целью размягчения и ускорения влагонасыщения корма, обработку его осуществляют в кавитационном режиме.

4.8.2. Акустическая кавитация.

Это образование и захлопывание полостей и жидкости под воздействием звука. Полости образуются в результате разрыва жидкости во время полупериодов сжатия. Полости заполнены в основном насыщенным паром данной жидкости, поэтому процесс иногда называется паровой кавитацией в отличие от газовой кавитацииинтенсивных нелинейных колебаний газовых (обычно воздушных) пузырьков в звуковом поле, существовавших в жидкости до включения звука. Если газовая кавитация может протекать с большей или меньшей интенсивностью при любых значениях амплитуды давления звуковой волны, то паровая лишь при достижении некоторого критического значения амплитуды давления, так называемого кавитационного порога. Величина этого порога - от давлениянасыщенного пара жидкости до нескольких десятков и даже сотен атмосфер (в зависимости от содержания в жидкости зародышей). Эксперементально установлено, что величина порога завист от многих факторов. Порог повышается с ростом гидростатического давления, после обжатия жидкости высоким (порядка 1000 атм.) статистическим давлением,при обезгаживании и охлаждении жидкости, с ростом частоты звука и с уменьшением продолжительности озвучивания. Порог выше для бегущей, чем для стоячей воды.

При захлопывании сферической полости давление в ней резко возрастает, как при взрыве, что приводит к излучению импульса сжатия. Давление при захлопывании особенно велико при кавитации на низких частотах в обезгаженной жидкости с малым давлен насыщенного пара. Если увеличить содержание газа в жидкости, то диффузия газа в полости усилится, захлопывание полостей станет неполным и подьем давления при захлопывании - небольшим. При содержании газа в жидкости выше 50% от насыщения возникает кавитационное обезгаживание жидкости - образование и всплывание газовых пузырьков и вырождение паровой кавитации в газовую. Если образовавшиеся паровые пузырьки колеблются вблизи границы с твердым телом, около них возникают интенсивные микропотоки. Появление кавитации ограничивает дальнейшее повышение интенсивности звука, излучаемого в жидкости, что влечет за собой снижение нагрузки на излучатель.

Акустическая кавитация вызывает ряд эффектов. часть из них, например, разрушение и диспергирование твердых тел, эмульгирование жидкостей, очистка - обязаны своим происхождением ударам при захлопывании полостей и микропотокам вблизи пузырьков. Другие эффекты (например, вызывает и ускоряет химические реакции) связаны с ионизацией при образовании полостей. Благодаря этим эффектам акустическая кавитация находит все более широкое применение для создания новых и совершенствования известных технологических процессов. Большинство практических применений ультразвука основано на эффекте кавитации.

В А.с. 200981 описывается установка, использующая в своей работе явление кавитации. Назначение установки - снятие заусенцев с деталей самой различной формы. Деталь помещается в жидкость под высоким давлением, насыщенную мельчайшими абразивными частицами. При возбуждении в жидкости интенсивной акустической кавитации заусеницы отделяются от деталей; вдобавок деталь очищается от стружки и масла не только на открытых поверхностях, но и глубоких отверстиях.

А.с. 285394: Способ создания кавитации в жидкости путем возбуждения непрерывных колебаний звуковой или ультразвуковой частоты, отличающийся тем, что с целью поваышения эрозионной активности жидкости возбуждают в полупериод сжатия дополнительный пиковый импульс сжатия, соответствующий по времени концу фазы расширения или началу фазы захлопывания кавитационных полостей.

А.с. 409569: Способ детектирования радиоактивных излучений по их воздействию на протекание акустической кавитации в жидкотях, отличающийся тем, что с целью увеличения надежности детектирования, в кавитирующее акустическое поле помещают тест-образец, определяют степень его эрозии, по изменению которой судят об интенсивности радиоактивного излучения.

А.с. 446757: Способ получения теплофизической метки, например, для измерения расхода путем воздействия излучением на исследуемый поток, отличающийся тем, что с целью расширения диапазона измеряемых сред, воздействуют на контролируемый поток ультразвуковым полем с интенсивностью выше порога кавитации, фокусируют звуковые волны в локальную область, создают кратковременный процесс кавитации и получают теплофизическую неоднородность за счет продуктов кавитации.

О ТЕПЛОТВОРНОЙ СПОСОБНОСТИ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ КАВИТАЦИИ

Исаков Александр Яковлевич
доктор технических наук, профессор кафедры физики КамчатГТУ

В сообщении представлены некоторые энергетические аспекты, сопровождающие работу кавитационных теплогенераторов, широко рекламируемых в качестве высокоэффективных источников тепловой энергии. Показано, в частности, что возникновение сверхвысоких градиентов температур и давлений возможно только в специально подготовленных «чистых» гомогенных жидкостях. В условиях «технической», используемой в системах отопления, заявляемые авторами проектов эффекты принципиально невозможны. 

В последнее время в научно-технических изданиях популярной и информационной направленности, включая Internet, широко рекламируются гидродинамические устройства, предназначенные, в частности, для использования в локальных системах отопления. Принцип действия таких аппаратов на первый взгляд кажется достаточно простым. 
Характерной особенностью многочисленных описаний таких уникальных нагревателей является практически полное отсутствие их теоретического обоснования, что не позволяет, к сожалению, количественно оценить объективность заявляемых параметров.

Рис. 1. Принципиальная схема малой котельной [1]

На рис. 1, в качестве примера, представлена принципиальная схема котельной, активным элементом которой является роторный кавитационный теплогенератор, который представляется как новое поколение тепловых машин, преобразующих механическое, электрическое и акустическое воздействия на жидкость в тепло.

Увеличение температуры теплоносителя происходит, по мнению авторов, за счет следующих эффектов: преобразование механической энергии за счёт внутреннего трения, возникающего при движении теплоносителя; преобразование электрической энергии в тепловую энергию за счет электрогидравлического эффекта и нагрева тепловых элементов; гидроакустической энергии в тепловую энергию за счет кавитационных и вихревых эффектов. На схеме рис.2 авторами [1] приняты следующие обозначения: 1 - электродвигатель, 2 - кавитационный теплогенератор, 3 - манометр, 4 - бойлер, 5 - воздушный кран, 6 - трубопровод подачи нагретого теплоносителя, 7 - термодатчик, 8 - блок автоматического управления, 9 - теплообменник, 10 - радиатор топления, 11 - расширительный бачок, 12 - фильтр для очистки теплоносителя, 13 - циркуляционный насос.

Таким образом, основным элементом схемы является кавитационный теплогенератор 2, представляющий собой в рассматриваемом случае аппарат роторного типа, которые широко применяются в химической промышленности (например, роторные устройства класса ГАРТ [2]). Кроме роторных аппаратов в настоящее время активно рекламируются и ведутся попытки научного обоснования высоких энергетических показателей вихревых устройств, конструируемых на основе трубы Ранка [3].

Системы кавитационных теплогенераторов, несмотря на самые разнообразные названия (о терминологии вторы проектов, судя по всему, ещё не успели договориться) состоит из четырёх основных элементов (Рис. 2): приводного электродвигателя 1, насоса 2, собственно кавитационного теплогенератора 3 посредством которого осуществляется преобразование механической энергии в тепловую энергию и потребитель тепловой энергии 4.

Рис. 2.Типичная структурная схема кавитационного теплогенератора

Элементы упрощённой структурной схемы 2 являются стандартными, практически, для любой гидравлической системы предназначенной для транспортировки жидкости или газа.

Принцип действия таких трансформаторов энергии можно наблюдать на примере общедоступного насоса для полива грядок и газонов на дачных участках. Необходимо наполнить водой обычную трёхлитровую банку и заставить насос забирать из банки воду и туда же её сбрасывать. Уже через 5 - 10 минут можно убедиться в полной правоте Джемса Прескотта Джоуля (1818 - 1889) о возможности преобразования механической работы в тепло. Вода в банке нагреется. Ещё ярче эффект проявляется при «замыкании» входа и выхода домашнего пылесоса. Но это рискованная демонстрация, температура нарастает настолько стремительно, что можно не успеть разъединить «вход» и «выход», что приведёт к порче устройства.

Нагреватель, схема которого приведена на рис. 2 работает примерно так, как система охлаждения автомобильного двигателя, только решается обратная задача, не понижения температуры, а её увеличения. При пуске установки рабочая жидкость с выхода гидродинамического кавитационного преобразователя энергии 3 посредствам насоса 2 подаётся по короткому пути на вход теплогенератора. После нескольких циркуляций по малому (вспомогательному) контуру, при достижении водой заданной температуры, подключается второй (рабочий) контур. Температура рабочей жидкости падает, но затем, при удачно выбранных параметрах системы, восстанавливается до требуемой величины.

Многочисленные конструкции активаторов, рекламируемых производителями, по сути, представляются устройствами, сообщающими рабочей жидкости кинетическую энергию. Как утверждают авторы проектов, им удаётся путём использования «специальных» конструктивных особенностей теплогенераторов и «нетрадиционных» физических эффектов достигать высоких значений коэффициента полезного действия h > 0,9. В ряде интригующих случаев h, по результатам испытаний, превышает единицу. Объясняя столь необычные характеристики достаточно изученных гидродинамических устройств и процессов, исследователи настаивают на том, что им удаётся использовать неизвестные свойства кавитационных явлений (вплоть до «холодного» термоядерного синтеза) или торсионных полей, возникающих при вращательном движении жидкости.

Как правило, термодинамические системы с кавитационными теплогенераторами в качестве исходного источника механической энергии имеют реже один, а чаще - два электродвигателя, обеспечивающих циркуляцию теплоносителя по системе и создание условий для поддержания гидродинамической кавитации. Другими словами, электрическая энергия Е1 с соответствующими потерями k1 преобразуется в механическую энергию

где k2 - коэффициент преобразования (по терминологии авторов - трансформации) механической энергии потока теплоносителя в его внутреннюю энергию, причём величина колеблется, в большинстве своём от 0,9 до 4. Если величина k2 @ 0,9 при определённых теоретических упрощениях может рассматриваться как высокая, но в некоторой степени реальная, то значения k2 ≥ 1 требуют серьёзных теоретических обоснований. Энергетический феномен объясняется авторами проектов, тем, что в их конструкциях используется уникальный способ преобразования электрической энергии в тепловую энергию за счёт использования «флуктуирующего вакуума в условиях жёсткой кавитации» и «энергии молекул воды».

Не затрагивая далее, по вполне очевидным причинам, торсионную и термоядерную проблематику, как и энергетику физического вакуума, рассмотрим некоторые особенности использования энергетических эффектов гидродинамической кавитации в тело и массообменных процессах. Процессы кипения, акустической и гидродинамической кавитации могут быть представлены как явление образования в сплошной жидкости конкурентной фазы в виде полостей заполненных паром рабочей жидкости и растворёнными газами.

Отметим, что явление гидродинамической и акустической кавитации, несмотря на более чем вековой период изучения не представляется описанным в полной мере. Все исследователи, занимавшиеся кавитационными процессами, сходятся во мнении, что явление в некоторых своих проявлениях ещё не предсказуемо. Параметры инженерных сооружений и устройств, работа которых сопряжена с возникновением и протеканием кавитации (гидротурбины, судовые движители, насосы, перемешивающие устройства, технологические установки), наряду с результатами теоретических исследований дополняются экспериментальными данными, основу которых составляет моделирование кавитационных явлений на специальных стендах [4-7]. Вместе с тем, о кавитации уже многое известно. По крайней мере, к настоящему времени установлены основные закономерности, связанные с её возникновением и протеканием. Учёные и инженеры научились достаточно успешно предотвращать разрушительные проявления (например, суперкавитирующие судовые винты) и использовать их в технологических процессах, когда нужно что-то разрушить, например частички нерастворимых жидкостей, или организовать не протекающие в обычных условиях химические реакции.

На энергетические эффекты, сопровождающие появление в жидкости конкурентной фазы в условиях давлений, соизмеримых с давлением насыщенных паров рабочей жидкости исследователи обратили внимание давно. В 1917 г. лордом Рэлеем была решена задача о давлении, развивающемся в жидкости при схлопывании «пустой» сферической каверны [4]. Для случая сферической симметрии при безвихревом радиальном течении жидкости, окружающей полость было получено уравнение кинетической энергии KL

где pL - плотность жидкости, u - радиальная скорость на произвольном расстоянии r > R от центра полости, vr - радиальная скорость стенки полости. В соответствии с теоремой, изменение кинетической энергии жидкости должно быть равно работе, совершаемой массой жидкости при замыкании полости

где - давление в жидкости на расстоянии , Rmax - радиус полости в момент начала её коллапса, R0 - конечный радиус полости. Приравнивая (3) и (4), можно прийти к уравнению скорости движения поверхности сферической полости

Так, например, для случая Rmax=10-3 м и R0 = 10-6 м при = 105 Па, pL=103 кг/м3 скорость стенки полости получается равной vr @ 1, 4 ×104 м/с, что на порядок превышает скорость звука в воде. Величина кинетической энергии жидкости, заполняющей кавитационную полость, составит в соответствие с уравнением (3) величину

Если предположить, что только 10% кинетической энергии жидкости преобразуется в тепло, то максимальное локальное изменение температуры в области коллапса полости примерно составит

где с @ 4200 Дж/кг ×К - удельная теплоёмкость воды. Естественно предположить, что при столь высоких температурах возможны процессы на молекулярном и атомном уровне. Надо полагать, что именно подобные результаты вычислений привели конструкторов кавитационных теплогенераторов к предположениям о возможности реакций «холодного» термоядерного синтеза.

Данные М. Корнфельда получены для случая возникновения конкурентной паровой фазы одновременно во всём объеме жидкости, чего на практике никогда не наблюдается. Если бы вода обладала указанной прочностью, то получить кавитацию в условиях обсуждаемых устройств было бы невозможно. На практике в условиях специально подготовленных порций жидкостей, не содержащих неоднородностей, паровые ядра, могут возникать вследствие тепловых флуктуаций. Увеличение объёма паровых ядер возможно в случае превышения давления насыщенных паров жидкости внешнего давления, т.е.

где psp - давление насыщенных паров жидкости, sL/sp - коэффициент поверхностного натяжения на границе жидкость - пар. Число ядер, способных терять устойчивость в единицу времени в единице объёма жидкости определяется уравнением Я.Б. Зельдовича [5]

где n0 - число образовавшихся ядер, F - постоянный множитель, kB@1,4 ×10-23 Дж/К - постоянная Больцмана, Т - абсолютная температура, A(R0) - работа образования ядра

первое слагаемое характеризует величину энергии, потраченной на создание свободной поверхности, второе слагаемое (11) - работа образования новой полости радиусом R0, третье - работа необходимая для заполнения полости паром. 
Таким образом, для создания в однородной жидкости микронеоднородностей внешними силами должна быть проделана определённая работа. Другими словами, изменение состояния жидкости, включая образование кавитационных ядер, происходит вследствие подвода энергии от внешних источников. Образовавшееся кавитационное ядро может увеличивать или уменьшать свой объём в зависимости от соотношения внешнего давления и давления пара внутри ядра. Условие роста ядра можно получить, совмещая уравнения (11) и (10), т.е. из уравнения (11) определить величину R0 и подставить это значение в условие (9)

где 1/t = dn0/dt, t - время ожидания разрыва сплошности единичного объёма жидкости. Полагая, что единичное кавитационное ядро в объёме 1 см3 образуется в течение одной секунды и принимая по Корнфельду А @1031 с-1 м3 получается

В этом случае

В соответствие с (12) величина прочности на разрыв для воды получается равной z  @ 1,6 ×108 Па, почти в два раза меньше теоретического значения Корнфельда и в три раза меньше молекулярного уравнения (8).

Как установлено экспериментально [4 - 7], кавитационная прочность жидкостей на несколько порядков ниже теоретических значений. Так, например, М.Г. Сиротюком [7] и Г. Флином [6] были опубликованы данные об измерениях кавитационной прочности дистиллированной очищенной и водопроводной воды. При измерениях пороговых значений акустического давления на разных частотах, при которых фиксировалось возникновение конкурентной фазы, были получены минимальные значения давления для водопроводной необработанной воды pcr  @ 5 ×104 Па, а для дистиллированной подготовленной воды - pcr  @ 4 ×107 Па.

Рис.3. Экспериментальные пороги возникновения кавитации в воде [6,7]

Основной причиной столь значительного разброса кавитационной прочности воды является её неоднородность, т.е. присутствие в ней кавитационных ядер, заполненных газом и парами жидкости, другими словами, возникновение конкурентной фазы происходит на уже присутствующих в жидкости ядрах критического радиуса Rcr при их попадании в зоны пониженного давления.

Если принять, что процесс расширения ядра протекает по адиабатической схеме, то взаимосвязь начального PG(0) и текущего PG давления газа в увеличивающей объём ядре можно представить на основании уравнения Пуассона можно представить следующим образом

где g - показатель адиабаты. В этом случае кинематические параметры прилегающих к изменяющему свой объём ядру можно выразить следующим дифференциальным уравнением [5]

Для максимального значения радиальной составляющей скорости, вместо уравнения (5) необходимо записать следующее соотношение, являющееся первым интегралом уравнения (14)

Принимая = 105 Па, рG(0)  @ 1 ×103 Па, максимальное значение скорости составит vr(max) @ 534 м/с, что в 26 раз меньше, гипотетический градиент температуры в соответствие с уравнением (7) составит

что несоизмеримо меньше «термоядерных» температур, о которых упоминается в публикациях, посвящённых кавитационным теплогенераторам. Следует так же иметь в виду, что в системах отопления используется обычная водопроводная вода с высоким уровнем газосодержания, в которой заведомо присутствуют относительно крупные Кавитационные газонаполненные ядра. При попадании таких ядер в зоны пониженного давления ядра будут увеличивать свой объём до некоторого максимального значения, а затем их объём будет периодически изменяться на собственной частоте

Энергия, запасённая кавитационной полостью, будет частично генерироваться в форме акустических колебаний, с коэффициентом трансформации в тепловую энергию не превышающим 1% от общей энергии полости.

Следует иметь в виду, гидродинамические системы кавитационных теплогенераторов являют-ся замкнутыми (Рис. 2), что предполагает наличие циркуляционного контура. Жидкость, прошедшая зону пониженных давлений в теплогенераторе через непродолжительное время снова попадает туда. Такая циркуляция жидкости через кавитационную зону характеризуется гистерезисными явлениями [8], когда количество и распределение по размерам кавитационных ядер изменяется. Кавитационная прочность жидкости падает, в системе циркулируют газонаполненные пузырьки, с размерами, не позволяющими им достигать водной поверхности в расширительном бачке (Рис.1).

Таким образом, на основании проведенного анализа можно прийти к заключению, что в условиях теплогенераторов гидродинамическую кавитацию нельзя рассматривать как источник дополнительной энергии. Ансамбль расширяющихся, схлопывающихся и пульсирующих кавитационных каверн представляется как своеобразный энергетический трансформатор энергии.

Литература

1. http://www.tstu.ru/structure/kafedra/doc/maxp/eito6.doc
2. Фридман В.М. Ультразвуковая химическая аппаратура. - М.: Машиностроение, 1967. - 211 с.
3. Потапов Ю.С., Фоминский Л.П., Вихревая энергетика и холодный ядерный синтез с позиций теории движения. - Кишинев – Черкассы: ОКО-Плюс. ,2000. - 387 с.
4. Кнэпп Р., Дейли Дж., Хэммит Ф. Кавитация. - М.: Мир, 1974. - 678 с.
5. Перник А.Д. Проблемы кавитации. - Л.: Судостроение, 1966. - 435 с.
6. Флин Г. Физика акустической кавитации в жидкостях. В кн. Физическая акустика, // под ред. У. Мэзона, Т 1, - М.: Мир, 1967, С. 7 - 128.
7. Сиротюк М.Г. Экспериментальные исследования ультразвуковой кавитации. В кн. Мощные ультразвуковые поля, // под ред. Л.Д. Розенберга, 1968. С. 168 - 220.
8. Васильцов Е.А., Исаков А.Я. Гистерезисные свойства кавитации // Прикладная акустика. Вып. 6. -Таганрог: ТРТИ, 1974. -С.169-175.