SIMULATION OF THE DEVELOPMENT OF CAVITATION IN LIQUIDS NEAR THE PHASE TRANSITIONS
Authors: Голых Р.Н. , Хмелёв В.Н. , Барсуков Р.В. 
Published: October 2024

В статье представлена модель развития кавитации в жидкости вблизи фазовых переходов. Предложена и физически обоснована система обыкновенных дифференциальных уравнений, описывающих поведение кавитационного пузырька, а также фазовые переходы на границе пузырька, которые необходимо учитывать, в частности, при кавитации в криогенных жидкостях, фреонах или расплавах металлов. Проведены расчеты размера кавитационного пузырька при влиянии фазовых переходов, массы испарённой жидкости внутри пузырька в результате расширения, и, в конечном итоге, зависимости удельной мощности ударных волн, формируемых при схлопывании ансамбля кавитационных пузырьков. Установлено, что, при определённых интенсивностях ультразвукового воздействия, пиковая удельная мощность ударных волн достигает плато, и при дальнейшем повышении интенсивности увеличения мощности ударных волн не происходит. Эти интенсивности могут считаться интенсивностями УЗ воздействия, обеспечивающими максимальную скорость разрушения покрытий. Установленная более чем 2-х кратная вариация таких интенсивностей воздействия при небольшом изменении температур (не более чем на 25 %) свидетельствует о необходимости разработки более совершенной, высокочувствительной к изменению акустической нагрузки системы автоматического дозирования вводимой энергии и поддержания максимально эффективных (оптимальных) интенсивности воздействия. Учёт полученных результатов позволит создать системы контроля эрозионной прочности материалов и покрытий, работающих в криогенных жидких средах при низких температурах и в расплавах металлов при высоких температурах.

The article presents a model of the development of cavitation in a liquid near phase transitions. A system of ordinary differential equations describing the behavior of a cavitation bubble, as well as phase transitions at the bubble boundary, which must be taken into account, in particular, during cavitation in cryogenic liquids, freons or metal melts, is proposed and physically substantiated. Calculations of the size of the cavitation bubble under the influence of phase transitions, the mass of the evaporated liquid inside the bubble as a result of expansion, and, ultimately, the dependence of the specific power of shock waves formed during the collapse of an ensemble of cavitation bubbles are performed. It was found that, at certain intensities of ultrasonic action, the peak specific power of shock waves reaches a plateau, and with a further increase in the intensity, the power of shock waves does not increase. These intensities can be considered as the intensities of ultrasonic action, providing the maximum rate of destruction of coatings. The established more than 2-fold variation of such exposure intensities with a small change in temperature (no more than 25%) indicates the need to develop a more perfect system for automatic dosage of the input energy, highly sensitive to changes in the acoustic load and maintaining the most effective (optimal) intensity. impact. Taking into account the results obtained will make it possible to create systems for monitoring the erosion strength of materials and coatings operating in cryogenic liquid media at low temperatures and in metal melts at high temperatures.