CC BY
55Обычно, статическое давление по краям трубы выше, чем вдоль оси, так как на вихревой поток оказывают действия центробежные силы, направление которых совпадает от центра к наружной стенке вихревой камеры.В осевой области вихревой трубы центробежные силы создают разряжение закрученного потока. Изменение температуры между входом воды в камеру и точкой на выходе вихревой трубы. За один цикл эта температура изменяется на величину ЛТ = 0,1 °С.
Наибольший прирост температуры происходит на участках в трубе завихрения. На этом же участке происходит увеличение интенсивности закручивания потока воды и скорости. На крестовине происходит уменьшение давления за счет ее сопротивления. Крестовину можно считать источником потерь давления.
Принятые модели кавитационных процессов позволили определить распределение статических и полных давлений в вихревой камере, и на основании аналогии тепловых и электромагнитных уравнений найти изменение температуры в ней с течением времени.
Список литературы
1. К.Р.Аллаев. Проблемы электроэнергетики и экологии//Проблемы энерго- и ресурсосбережения 2016, №3-4 с. 11.
2. Халиков А.А., И.К. Колесников, Курбанов Ж.Ф. Исследование и разработка единого пространственного электромагнитного поля и устройств на их основе (монография)// Fan va texnologiya. 2019й . - 238 с.
3. Аллаев К.Р., Хохлов В.А. Применение метода разделения движений при исследовании электро и гидромеханических переходных процес-сов//Проблемы энерго и ресурсосбережения 2009 г. №3-4, стр. 32.
4. Рассадкин Ю.П. Вода обыкновенная и необыкновенная. - М.: «Галерея СТО», 2008. - 840 с.
5. Курбанов Ж.Ф. Процесс управления устройством единого пространственного электромагнитного поля на базе БТИЗ (IGBT) // Международная конференция «Развитие науки в XXI веке» -Харьков, 2015, Украина. 2 часть. С.82-86.
6. Kolesnikov I.K., Kurbanov J.F. The control system and the hardware implementation of a single unit of the spatial field // International Conference «Perspectives for the development of information technologies» - Tashkent 2015, 4-5 November, Tashkent university of information technologies (TUIT). P. 171175.
ВОЗДЕЙСТВИЕ ЕДИНОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ НА КАВИТАЦИОННЫЕ
ПРОЦЕССЫ В ВОДЕ
Колесников И.К.
Доктор технических наук, профессор Ташкентского Государственного Транспортного Университета,
г. Ташкент, Узбекистан Курбанов Ж. Ф.
Доктор технических наук, доцент Ташкентского Государственного Транспортного Университета,
г. Ташкент, Узбекистан
IMPACT OF A SINGLE ELECTROMAGNETIC FIELD ON CAVITATION PROCESSES IN WATER
Kolesnikov I.
Doctor of Technical Sciences, Professor Tashkent State Transport University Tashkent, Uzbekistan Kurbanov J.
Doctor of Technical Sciences, Associate Professor Tashkent State Transport University Tashkent, Uzbekistan
Аннотация
В статье рассматриваются вопросы влияния единого электромагнитного поля на кавитационные процессы и структуры воды. Показано действие внешнего единого электромагнитного поля на увеличение размеров пузырьков (каверн) при кавитации, а также действие его как ударной волны. При воздействии слабых электромагнитных полей возникает резонансные явления, которые изменяют физические свойства: диэлектрические потери, электропроводность, теплопередачу, а также степень кислотности в зависимости от частоты.
Abstract
The article discusses the impact of a single electromagnetic field on cavitation processes and the structure of water. The effect of an external unified electromagnetic field on the increase in the size of bubbles (caverns) during cavitation is shown, as well as its effect as a shock wave. When exposed to weak electromagnetic fields, resonant
phenomena occur that change the physical properties: dielectric loss, electrical conductivity, heat transfer, and the degree of acidity depending on the frequency.
Ключевые слова: кавитация, электрическая поля, электропроводность, теплопередача, частота, импульс, электромагнитная поля.
Keywords: cavitation, electric fields, electrical conductivity, heat transfer, frequency, impulse, electromagnetic fields.
Для получения экологически чистой воды, возможности уничтожения микробов импульсными электромагнитными полями актуальное является исследование влияние единого электромагнитного поля на кавитационные процессы в воде [1].
Целью исследования является определение возможностей возникновения кавитационных процессов под действием единого электромагнитного поля.
В жидкостях может наблюдаться кавитация молекул за счет образования внутри полостей воздуха, газов, из-за контакта жидкости с микрочастицами находящихся в ней. Это, так называемые кавитационные пузырьки (каверны).
Кавитация обычно возникает, если давление становится ниже давления насыщенного пара, то есть достигает критического значения Ркр . Это значение возникает при определенной температуре. Давление, равное критическому может возникнуть при изменении скорости течения жидкости. Например, разные сечения труб, наличия диафрагм, капельное разбрызгивание жидкости. Движение жидкости с большими скоростями может вызвать гидродинамическую кавитацию. Она может появиться и при прохождении звуковых волн большой интенсивности. В этом случае кавитация называется акустической. Кавитация возникает и при действии единого электромагнитного поля, так называемая электромагнитная кавитация [7].
Гидродинамическая кавитация показана на рис.1.
Рис.1. Кавитационная зона в трубке с местным сужением
При пониженном давлении, как видно из рис. 1. в областях с пониженным давлением возникает ка-витационная зона в виде движущихся пузырьков. На рис.2. показано образование каверн и пузырьков в плазме.
Рис. 2. Образование каверн и пузырьков в плазме
При больших растягивающих напряжениях, в результате разрыва жидкости, происходит образование пузырьков.
Напряжение разрыва воды соответствует
1,5-108 Па. Для дистиллированной воды
2,8 -10' Па . Иногда разрыв воды наступает при меньших давления насыщенного пара. Так как реальные жидкости имеют зародыши газовых смесей (кавитационные зародыши) поэтому напряжение необходимое для разрыва уменьшается. В этом случае, все реальные жидкости, снабженные различными трещинами, пылинками обладает низкой прочностью.
Пузырьки газа или пара при давлении р < р^
расширяются увеличиваясь в объеме, при котором увеличивается давление внутри пузырька настолько, что оказывается больше суммарного действия поверхностного натяжения и давления жидкости
Число кавитации определяется:
de = 2
Р - Ph
(1)
где р- гидростатическое давление потока жидкости; рн - давление насыщенного пара; - скорость жидкости.
Кавитация, возникающая под действием внешнего единого пространственного поля, называется искусственной.
Под действием внешнего единого электромагнитного поля происходит увеличение размеров каверн (пузырьков). Согласно энергетической точки зрения давление есть работа, совершенная внешними силами единого пространственного поля [3]. Согласно теории Максвелла:
р = I(1 + Я)со82 р = сср(1 + Я)соз2 р. (2)
Под действием единого электромагнитного поля размеры каверн (пузырьков) увеличиваются.
Кавитация, определяемая давлением газа внутри пузырьков, устанавливает скорость движения жидкости, то есть:
к = 2 -
(3)
При малых скоростях потока жидкости величина давления внутри пузырьков рк > рн, поэтому создаются условия для сильного развития каверн.
Так как при скоростях течения жидкостей 6-10 м/с. Скорость движения каверн достигнет 100 м/с. Такие кавитационные движения называются искусственными.
Пузырьки захлопываются после прекращения действия импульсов электромагнитного поля длительностью 1-3 мкс. При этом импульсы давления достигают примерно 108Па.
При установлении постоянного давления в жидкости, пузырьки захлопываются, в результате образуется адиабатический нагрев пузырьков. Этот нагрев передается воде, и она нагревается.
Экспериментально доказано повышение воды до 950. В результате образования импульсов давления происходит разрыв микроорганизмов и простейших. Процесс кавитации может быть использован для стерилизации воды и продуктов [2].
Энергия, генерируемая при кавитационном режиме течения может быть представлена в виде:
Е = к*(Р-Рш)* (Д3 - Д03), (4)
где к - коэффициент пропорциональности; Р иРНп- давление в зоне схлопывания и давление насыщенного пара; Д и Д0- радиус кавитационного пузырька максимальный и в момент схлопывания.
Единое пространственное электромагнитное поле действует как ударная волна на пузырьки кавитации.
Давление ударной волны определяется формулой:
Р2 = срд,
(5)
C = .
Ed
(7)
Её + £Б
где Б - диаметр трубы; й- толщина стенок трубы; ^-модуль упругости материала стенок трубы; 8 - модуль упругости жидкости.
Давление на фронте волны при скорости потока 3 = 2 м/с составляет р = 3141075 Па. Максимальное увеличение давления при 3 = 2 м/с и при действии единого электромагнитного поля составляет р2 = 2026,5 Па, а при 3 = 10 м/с
Р2 = 50662,5 Па. Увеличение энергии, если р2 при 3 = 2 м/с, и р1 при скорости 10 м/с : Е Р2 3141075
— = — =-= 62 раза. Если же Р1 при
Е Р 50662,5
3 = 2 м/с, а Р2 при 3 = 10 м/с, тогда:
Е2 = = 2141075 = 1550 раз.
Е Р 2026,5
Движение волны с таким высоким давлением используется при гидродинамической кавитацион-ной обработке жидкости.
Предельно минимальный радиус устойчивого пузырька в жидкости определяется:
4(3 кТ^/яр) -1/4
r = ■
3
(8)
где Т- температура жидкости; g- ускорение силы тяжести; р - плотность жидкости.
с-скорость распространения ударной волны; р - плотность среды; 3 - скорость движения среды.
Увеличение давления при данной скорости определяется формулой Жуковского Н.Е.:
АР = р(9о - <9Х) * с, (6)
где Ар - увеличение давления в Па; р - плотность жидкости в кг/м3; 30 - средняя скорость жидкости в трубопроводе до действия единого поля; 3 - средняя скорость жидкости в трубопроводе после действия единого поля; с - скорость волны.
При абсолютно жестких стенах трубопровода «с» равна скорости звука в жидкости. В трубах с упругими стенами:
При нормальных условиях т = 8 -10 5 см, а
максимальный радиус устойчивости пузырька достигает 10-4см. Избыточное давление в таком пузырьке:
2<г
Р0 +-= Рн + Рт , (9)
т
где ро- статическое давление; рн - давление насыщенного пара; рг- давление газа внутри пузырька.
С другой стороны, согласно данным работы, в отсутствии кавитации в разбавленных растворах электролитов возможно существования пузырьков
с радиусом 10~7 +106 см. Эти образования состоят непосредственно из пузырька и компенсирующего поверхностное натяжение заряда сферической оболочки ионов («бабстоны»). При механическом равновесии системы давление газа внутри пузырька равно:
2а 2щ2
P = Po +--2
(10)
r s.
где д- общий заряд ионов. Пусть воздействует слабое магнитное поле, изменяющееся по закону:
нв = н°в + нв со* (2ярО, (11)
где н - амплитуда напряженности магнитного поля; Н^ - магнитная напряженность геомагнитного поля земли.
В этом случае возникают резонансные явления, изменяются физические свойства: диэлектри-
ческие потери, электропроводность, теплопередача, степень кислотности в зависимости от частоты. На рис.3 дана зависимость изменения диэлектрических потерь-для воды.
А % 5 & 50
0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,06
Рис. 3. Зависимость относительных изменений
btgö
tgS0
f, Гц
от частоты для воды
При воздействии слабого переменного магнитного поля на жидкую воду в резонансном режиме, когда происходит разбалансировка колебательного возбуждения отдельных молекул, усиливаются цепные реакции водородного типа и вырабатывается больше колебательной энергии, чем в обычных равновесных условиях [3]. В этом случае увеличивается рН, уменьшается концентрация ионов Н+, свойства воды сдвигаются в щелочную область, возрастает концентрация электронов и электропроводность среды, увеличивается коэффициенты передачи, за счет диффузии колебательной энергии. Вода приобретает новые свойства: осветляется, происходит коагуляция и выпадение в осадок солей, органических веществ, насыщается радикалами, молекулами ОН, Н, Н2, Н2О2 и колебательной энергией. В этом случае степень кислотности сдвигается в щелочную область, улучшаются её вкусовые свойства, она становится активированной, приобретает бактерицидные свойства. Обработка воды слабым переменным электромагнитным полем или импульсным электромагнитным полем оказывает точно такое же воздействие, как и слабое переменное магнитное поле. Наибольшее влияние оказывает частота f=82 Гц.
На основании проведенных исследований можно сделать выводы, что для характеристик объёмной воды и поверхностных плёнок электрическое поле с напряженностью менее
Е,э «107 В см не оказывает заметного влияния
на ориентационные характеристика молекул (диполей). Предельно сильные электрические поля
напряженностью Е «108 В см ориентируют
молекулы жидкости по направлению поля. При этом ориентационная упорядоченность молекул жидкостных растворов разрушается. Развал молекул происходит при Е «109 В см.
При обработки жидкости электромагнитным излучением 18 ^ 20 Гц в образце жидких растворов происходит процесс разложения воды на водород и кислород. Этот диапазон частот перекрывает 10 резонансных частот для жидкой воды, поэтому импульсное электромагнитное поле переводит воду из обычного «квазиравновесного» состояния, в область, в котором постоянно идут колебательно -неравновесные процессы с участием цепных химических реакций. Диапазон резонансных частот для жидких растворов показан в таблице 1.
Таблица1
Резонансные частоты воздействия переменного магнитного поля._
Н А/м 0,08 0,08 0,08 0,08 0,08 12,3 <N <N 0,08 0,08 0,08 <N <N <N <N <N 12,3 <o
f, Гц 0,014 0,04 0,078 1,54 <N <N <N <N «4 o9 22,5 <N О OO 156,4 2494
На основании таблицы видно, что при влиянии слабых магнитных полей происходят процессы совпадающие с переходами энергии между колебательно - вращательными уровнями молекул Н2О.
В результате исследований было обнаружено, что под действием электромагнитного излучения в воде происходит разложение её на водород и кислород, а также изменения её структуры.
Список литературы
1. Халиков А.А., И.К. Колесников, Курбанов Ж.Ф. Исследование и разработка единого пространственного электромагнитного поля и устройств на их основе (монография)// Fan va texnologiya. 2019й . - 238 с.
2. Аллаев К.Р., Хохлов В.А. Применение метода разделения движений при исследовании
электро и гидромеханических переходных процессов. Проблемы энерго и ресурсосбережения №3-4, 2009 г. Ташкент стр. 32.
3. Рассадкин Ю.П. Вода обыкновенная и необыкновенная. - М.: «Галерея СТО», 2008. - 840 с.
4. Колесников И.К., Кадиров О.Х., Яронова Н.В., Курбанов Ж.Ф. Новые инновационные технологии на основе теории единого пространственного поля // Вестник ТашИИТа. - Ташкнет, 2012. -№2. -С.45-50. (05.00.00; №11).
5. Колесников И.К., Кадиров О.Х., Курбанов Ж.Ф. Системы управления устройствами единого пространственного поля // Проблемы энерго- и ресурсосбережения. -Ташкент, 2012. -№3-4. -С.161-164. (05.00.00; №21).
6. Kolesnikov I.K., Khalikov A. A., Ibragimova O.A., Kurbanov J.F. Theoretical bases of the disinfection, removing of salts and peelings of water by united spatial field //Europen Applied Sciences, Zentrum fur Deutschland 2013, №11. -P. 82-85. (05.00.00.№3).
7. Колесников И.К., Курбанов Ж.Ф. Применение единого пространственного поля для создания кавитационного теплового генератора // «Проблемы энерго- и ресурсосбережения» -Ташкент, 2014. -№3. -С.181-185. (05.00.00. №21).
8. Kurbanov J.F. The control system of a single unit of the spatial field // European science review. -Vienna 2016, №7-8, - P.112-117. (05.00.00; №3).
9. Колесников И.К., Курбанов Ж.Ф. О теории единого пространственного поля // Проблемы энерго- и ресурсосбережения, -Ташкент, 2016. -№1-2. -С.91-95. (05.00.00; №21).
10. Курбанов Ж.Ф., Колесников И.К. Обогащение полезных ископаемых на основе устройства единого электромагнитного пространственного поля // Вестник ТАДИ, -Ташкент 2016, №4, -С. 5558. (05.00.00; №11).
11. Колесников И.К., Кадиров О.Х., Хайдарку-лов А.Д., Курбанов Ж.Ф. Система управления многофункциональным устройством единого пространственного поля с двумя выходными частотами // Международная конференция «Оптико -электронные приборы и устройства в системах распознавания образов, обработки изображений и символьной информации». -Курск, 2013, Россия, С. 338-340.
12. Курбанов Ж.Ф. Процесс управления устройством единого пространственного электромагнитного поля на базе БТИЗ (IGBT) // Международная конференция «Развитие науки в XXI веке» -Харьков, 2015, Украина. 2 часть. С.82-86.
