Исследование стадийности развития кавитации в каналах по данным измерений гидро- и сонолюминесценции

Условия развития кавитации исследуют с использованием эффекта эмиссии света жидкостью при схлопывании кавитационных пузырьков. В работе представлены результаты исследования кавитации в технических жидкостях посредством регистрации гидро- и сонолюминесценции. Условия возникновения гидро- и сонолюминесценции анализировали применительно к геометрии узкого канала, при регистрации применяли высокоскоростную видеокамеру и фотоумножитель. Получены универсальные пороговые значения скорости деформации возникновения гидролюминесценции в диапазоне 10⁵ – 10⁶ с^–1, разработана методология для регистрации гидро- и сонолюминесценции в узких каналах для исследования стадийности развития кавитации. В разработанной экспериментальной установке контуры высокого давления разделялись на контур напора и измерительный контур. В контуре напора давление гидравлического масла создавалось с помощью шестеренчатого насоса. Посредством гидроцилиндра и подвижного поршня оно передавалось жидкости в измерительном контуре, которая далее пропускалась под давлением через узкий канал. Предложенная геометрия узкого канала давала возможность разделить явление гидролюминесценции в узком канале и сонолюминесценцию с последующей кавитацией при выходе жидкости в диффузор в результате падения давления. Конструкция установки и методология позволяли исследовать кавитационные эффекты для широкой номенклатуры технических жидкостей, в том числе агрессивных к материалам насосов высокого давления. Полученные результаты могут быть использованы при совершенствовании средств комплексной диагностики смазываемых узлов трения по параметрам продуктов износа в масле, методов подавления акустических эффектов кавитации и др.

1. Френкель Я. И. Об электрических явлениях, связанных с кавитацией, обусловленной ультразвуковыми колебаниями в жидкости / ЖФХ. 1940. Т. XIV. Вып. 3. С. 305 – 308.

2. Маргулис М. А. Сонолюминесценция / Успехи физических наук. 2000. Т. 170. № 3. С. 263 – 287.

3. Бирюков Д. А., Власова М. И., Герасимов Д. Н., Синкевич О. А. Гидродинамическая люминесценция и гамма-излучение / Теплофизика. 2013. № 1. С. 69 – 72.

4. Barber B., Hiller R., Lofstedt R., et al. Physics defining the unknown sonoluminescence / Phys. Rep. 1997. Vol. 281. P. 65 – 143. DOI: 10.1016/S0370-1573(96)00050-6

5. Farhat M., Chakravarty A., Field J. Luminescence from hydrodynamic cavitation / Proc. R. Soc. A. 2011. Vol. 467. P. 591 – 606. DOI: 10.1098/rspa.2010.0134

6. Маргулис М. А., Пильгунов В. Н. Свечение и электризация при течении диэлектрических жидкостей в узком канале / ЖФХ. 2009. Т. 83. № 8. С. 1585 – 1590.

7. Герценштейн С. Я., Монахов А. А. Электризация и свечение жидкости в коаксиальном канале с диэлектрическими стенками / Механика жидкости и газа. 2009. № 3. С. 114 – 119.

8. Бирюков Д. А., Герасимов Д. Н., Синкевич О. А. Измерение и анализ спектра гидролюминесценции / Письма в ЖТФ. 2012. Т. 38. Вып. 2. С. 53 – 57.

9. Бирюков Д. А., Власова М. И., Герасимов Д. Н., Синкевич О. А. Свечение жидкости в узком канале как триболюминесценция / Оптика и спектроскопия. 2003. Т. 114. № 5. С. 768 – 772. DOI: 10.7868/S0030403413050048

10. Колдамасов А. И. Плазменное образование в кавитирующей диэлектрической жидкости / ЖТФ. 1991. Т. 61. Вып. 2. С. 188 – 190.

11. Герценштейн С. Я., Монахов А. А. Свечение жидкости в тонких диэлектрических каналах / Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2007. Т. 5. C. 1 – 5.

12. Банникова И. А., Уваров С. В., Баяндин Ю. В., Наймарк О. Б. Экспериментальное исследование неньютоновских свойств воды в условиях электровзрывного нагружения / Письма в ЖТФ. 2014. Т. 40. Вып. 17. С. 87 – 93.

13. Naimark O. B., Uvarov S. V., Bannikova I. A., et al. Localized shear as a quasi-plastic mechanism of momentum transfer in liquids / Letters on Materials. 2023. Vol. 13. N 2. P. 93 – 97. DOI: 10.22226/2410-3535-2023-2-93-97

14. Naimark O. B. Some regularities of scaling in plasticity, fracture, and turbulence / Phys Mesomech. 2016. Vol. 19. P. 307 – 318. DOI: 10.1134/S1029959916030097

15. Радзюк А. Ю., Кулагин В. А., Истягина Е. Б., Пьяных Т. А. Модернизация кавитационного стенда для исследования двухфазных режимов течения / Инженерия и технология. 2019. Т. 12. № 4. С. 468 – 475.

16. Dezhkunov N., Francescutto A., Serpe L., et al. Physics. Sonoluminescence and acoustic emission spectra at different stages of cavitation zone development / Ultrasonics sonochemistry. 2018. Vol. 40. N 1. P. 104 – 109. DOI: 10.1016/j.ultsonch.2017.04.004

17. Kwon O., Pahk K., Choi M. Simultaneous measurements of acoustic emission and sonochemical luminescence for monitoring ultrasonic cavitation / Journal of the Acoustical Society of America. 2021. Vol. 149. N 6. P. 4477 – 4483. DOI: 10.1121/10.0005136

18. Peterson F. B., Anderson T. P. Light emission from hydrodynamic cavitation / Physics of fluids. 1967. Vol. 10. N 4. P. 874 – 879.

19. Анискович Е. В., Москвичев В. В., Черняев А. П. Оценка остаточного ресурса рабочих колес гидротурбин с эксплуатационной дефектностью / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2023. Т. 89. № 6. С. 62 – 75. DOI: 10.26896/1028-6861-2023-89-6-62-75

20. Цветков Ю. Н., Горбаченко Е. О. Исследование кавитационного изнашивания сталей методом измерения профиля поверхности / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2015. Т. 81. № 11. С. 62 – 65.