ИСТИНА

Исследования течений жидкости в присутствии вентилируемой каверны с отрицательным числом кавитации, проведенные в Институте механики МГУ [1] показали, что при определенных условиях в гидравлической системе возникают кавитационные автоколебания с высокой интенсивностью пульсаций давления, как в каверне, так и в области выше по течению. Этот режим может быть использован при создании генератора импульсных струй. Наиболее очевидное применение такой генератор может найти в технологиях водоструйной разработки полезных ископаемых. Для получения струй с очень высокими параметрами обычно применяют импульсные водометы и гидропушки [2]. Исследования показали, что скорость таких струй может достигать 1600 м/с при достаточно большой дальнобойности при истечении, как в воздух, так и в затопленное водой пространство. Применение такого способа для создания режима периодических импульсных струй затруднительно из-за сложности «перезаряжания» устройства. При более умеренных скоростях высоконапорные гидроструи находят применение при разработке полезных ис-копаемых, таких как уголь, руда. Исследования, проводимые различными научными коллективами показали, что при использовании пульсирующих технологий происходит заметный рост производительности струйных установок, снижается удельная энергоемкость разрушения материалов. Однако, для организации пульсирующих режимов работы, как правило, используются механические устройства. Генератор импульсных струй, использующий режим развитых кавитационных автоколебаний позволяет создать течение близкое к прерывистому естественным путем, без применения каких либо механических устройств. В работе исследуются автоколебательные режимы в гидравлической магистрали, содержащей сопротивление (кавитатор), вентилируемую газовую каверну и сужающийся канал (сопло), через которое жидкость и газ истекают в атмосферу. Изучение механизма автоколебаний показало, что важным фактором является фазовый сдвиг колебаний давления в форкамере и каверне за счет которого на сопротивлении-кавитаторе в течение каждого периода колебаний формируются два импульса давления – положительный способствует истечению дискретной жидкой массы в каверну, благодаря отрицательному импульсу истечение прекращается или даже имеет место выброс газа из каверны в форкамеру. В зависимости от величины поддува газа наблюдаются два режима колебаний - при умеренных поддувах газовая полость удерживается в области за кавитатором, а при увеличении поддува происходят периодические выбросы воздуха в область перед кавитатором. Показано, что во втором режиме дальнобойность истекающей из сопла струи заметно падает, по сравнению с первым режимом, но на небольших дистанциях до экрана амплитуда ударных импульсов давления во втором режиме превосходит первый режим. Плавное сужение канала перед кавитатором может способствовать существенному увеличению амплитуды импульсов давления на экране. Важным параметром, влияющим на режимы течения, является соотношение гидравлических сопротивлений кавитатора и сопла. При большом сопротивлении кавитатора, когда ширина втекающей в каверну струи меньше ширины минимального сечения сопла, автоколебания наблюдаются только при значительных поддувах. С уменьшением сопротивления кавитатора режим колебаний с выбросом газа в подводящую воду магистраль сдвигается в сторону меньших поддувов газа. Исследования показали, что увеличение длины сопла способствует увеличению амплитуды ударных импульсов на экране. Было проведено изучение масштабного эффекта в диапазоне давлений напора жидкости от 0.05 МПа до 0.4 МПа. Экспериментальные данные показали, что амплитуда пульсаций давления в каверне, отнесенная к давлению напора, уменьшается с ростом напора, однако имеет тенденцию к выходу на горизонтальную асимптоту, что хорошо согласуется с результатами теоретических расчетов. Литература 1. Прокофьев В.В., Очеретяный С.А., Яковлев Е.А. Использование кавитационных автоколебательных режимов для генерации периодических импульсных струй// ПМТФ. 2021. Т. 62. №1. C. 97 – 108. 2. Семко А.Н.– Импульсные струи жидкости высокой скорости и их применение: монография // под общ. ред. Семко А. Н.– Донецк: ДонНУ. 2014. 370 с.