Кавитация
Гидродинамическая кавитация — это явление образования в жидкости каверн (пустот), заполненных растворенными в ней газами и паром. Каверны возникают при обтекании жидкостью препятствия или, наоборот, при перемещении препятствия (лопатки) относительно жидкости.
Образованные каверны в жидкости распадаются на мельчайшие кавитационные пузырьки, которые при определенных условиях лопаются. При их лопании развиваются: локальное давление до 103 Па, кумулятивные струи со скоростями 700 — 800 м/с, удельная локальная энергия доходит до 10 кВт/м 3 .
Комплекс кавитационной обработки воды с широким применением.
Данный комплекс предназначен для выполнения большого круга технических и технологических задач в промышленности, а так же применение в бытовых условиях.
В процессе проведения экспериментальных работ выявились интересные эффекты, которые позволили предположить, что при возникновении кавитационных процессов в воде, вода проходит через зоны сверхкритических параметров (флюиды). Это предположение основывается на том, что в воде, после кавитационных процессов, происходит растворение жидких и твёрдых углерод-водородных соединений. Растворение мазута, дизельного топлива, битума. В обычных условиях, даже при температурном воздействии, добиться качественного смешения, без расслоения, не удаётся. Разработчики наблюдали растворение не только нефти и нефтепродуктов, но и растительных масел. Причём, процесс смешения (химической реакции) идёт очень быстро, в результате получается продукт, который по своим физическим свойствам отличается от свойств компонентов смеси.
Многие исследователи кавитации в воде, пришли к выводу, что при схлопывании кавитационных пузырьков наблюдается выброс тепловой энергии и энергии давления. При этом выделяется суммарная аномально большая энергия на локальном уровне. То есть создаются все предпосылки перехода воды через сверхкритические параметры (зона флюидов).
«Вода является уникальным для Земли и человечества растворителем по своей распространенности, экологической чистоте и практической безопасности при использовании в технологических процессах. Когда вода нагревается до критической точки (Tk = = 374C, Pk = 218 атм), она испытывает более сильные изменения, чем большинство других жидкостей. Вода превращается из полярной жидкости в практически неполярную среду. Это изменение происходит в достаточно широком температурном интервале. При 200С плотность воды падает до 0,8 г/мл, и при Tk она становится смешиваемой как с органическими растворителями, так и с газами. Скорость диффузии возрастает, а ее окисляющая способность увеличивается сильнее, чем можно было ожидать только от повышения температуры.
Уместно вспомнить, что в природе существует громадный естественный химический сверхкритический реактор. Это земные недра, в которых вода находится в сверхкритических условиях (на глубине более 50 км) и активно идут химические процессы с участием СК-воды, приводящие к синтезу минералов, — так называемые гидротермальные процессы. Технологические процессы гидротермального синтеза, то есть перекристаллизации или выращивания монокристаллов в условиях, моделирующих физико-химические процессы образования минералов в земных недрах, уже более 30 лет успешно используются в промышленности для синтеза многих соединений. В основе гидротермального синтеза лежит способность СК-воды и ее водных растворов растворять вещества, практически нерастворимые в обычных условиях: силикаты, оксиды, сульфиды, фосфиды. Гидротермальными методами в специальных автоклавах получают такие важные монокристаллы, как SiO2 , GeO2 , ZnO, AlPO4 , Al2O3 и многие другие.
Существенно, что гидротермальные процессы позволяют синтезировать крупные монокристаллы исключительно высокого качества, как это, впрочем, часто реализуется и в земных недрах.
В последние годы исследователи работают над использованием СК-воды для полного окисления органики (печь без выхлопа) — процесс, имеющий большие перспективы для разложения высокотоксичных отходов и химических отравляющих веществ. Процесс весьма эффективен, однако возникает проблема коррозии металлических материалов реакторов.
Кавитационная обработка жидкости способствует ее активации, изменяет физико-химические свойства, интенсифицирует химико-технологические процессы. После кавитационной обработки чистая питьевая вода становится «мягкой» и «лечебной», у неё происходит структурные изменения.
Экспериментальные работы показали, что при кавитационном воздействии происходит дегазация (удаление из воды растворённых газов) воды
Вода, прошедшая обработку в вихревом кавитаторе не образует отложения в каналах, и разрушает старые отложения. При кавитационной обработке жидкой среды, в ней протекают сложные физико-химические процессы.
Водородный показатель воды смещается в щелочную область. Жесткость уменьшается, т.е. происходит умягчение воды. Электропроводность снижается.
Цветность уменьшается более чем в 2 раза, вследствие распада молекул гуминовых кислот на радикалы, которые выпадают в осадок.
В результате использования эффекта кавитации практически полностью обезвреживаются в воде микробиологические примеси: бактерии, споры, вирусы. То есть происходит обеззараживание воды без применения хлорирования и озонирования. Доказана высокая эффективность бактерицидного действия гидродинамической кавитации при наименьших энергетических и экономических затратах.
Данный эффект нашел свое применение в установке обеззараживания воды в бассейнах.
Станции очистки воды бассейнов (ТУ 4859-005-03149576-2013)
Основные конкурентные преимущества:
В технологической схеме обработки воды использовано оптимальное сочетание процессов гидродинамической кавитации и УФ-излучения , что позволяет очистить воду до требований СанПИНа.
В процессе очистки воды используется принцип гидродинамической кавитации и происходящих в системе физических процессов без наличия в станции озонатора или хлоратора, что на 30% уменьшает себестоимость, а также ее энергопотребление при эксплуатации.
Массогабаритные размеры станции меньше аналогов на 50-60%.
Технологические и конструктивные решения защищены патентами РФ.
Технические характеристики:
напряжение 220В(380В), частота 50 Гц
При обработке воды в вихревом кавитаторе происходит активация молекул, атомов, ионов и перераспределение ионов в возникшем магнитном поле. В результате вода приобретает восстановительные свойства и запасает потенциальную энергию.
При решении экологических проблем загрязнения территорий, достаточно часто требуется обеззараживать всевозможные жидкие отходы деятельности человека, как в промышленности, так и бытовые. С помощью данной технологии можно обеззаразить жидкую составляющую до норм СанПина и сброса в окружающую природу, не навредив ей.
Источник
История создания кавитационной воды и установок
Влияние структурно — изменённой воды на биологические объекты
Исследования по определению влияния структурно — изменённой воды на биологические объекты проводились с 1998 года с Активатором типа КП (ГДАЖ) гидроударного действия. С 1996 г. по 1998 г. участвовал в испытаниях по подготовке и сжиганию композиционного топлива (соединения мазута и воды) в котельных. Результаты испытаний: при сгорании композиционного топлива в топке появлялся, почти невидимый, огонь 4-ой категории, исчезал чёрный дым из труб котельных из-за полного сгорания композиционного топлива. Эскизно разработан Активатор для активации нефти прямо у пласта, что увеличит время работы скважины в 2–3 раза, облегчится транспортировка нефти, возможен выход топлива более высокого качества.
Начало исследований.
Меня не устраивала работа с мазутом, в 1998 году, сделав небольшой маломощный активатор, начал исследования по определению влияния структурно — изменённой (в дальнейшем — структурированной) воды на растения у себя в коллективном саду. В начале июня посадил два куста огурца сорта «Грибовский-2», один — под вишней, другой — под яблоней прямо в грунт, огурец под вишней поливал простой водой, а под яблоней — активированной. Под вишней выросло 4 огурца длиной 12–15 см., а под яблоней — 46 шт. такой же длины. Семья отказалась есть эти огурцы, обозвав их «мутантами». Тогда я сдал огурцы (опыт и контроль) в СЭС, где были проверены качество этих огурцов. Оказалось, что огурцы (опыт и контроль) хорошего качества, но в опытных огурцах ртути было меньше на 1000%. Этот документ положил начало к дальнейшим исследованиям влияния этой воды на растения.
Исследования на растениях
Первые опыты проведены в зимних теплицах Уральского Научно — исследовательского Института сельского хозяйства (УралНИИСХоз, г. Екатеринбург) научным сотрудником Захаровым В.П.
Результаты: Всхожесть низкокачественных семян огурца гибридов: «Золотой петушок», «Виллина», «Ювента» и томата гибрида «Оттава-6», имеющих всхожесть 50%, после замачивания их в структурированной воде, увеличили свою всхожесть в среднем до 87% (т. е. на 61%), превышение урожайности огурцов было 10–12%, а урожайность по томатам превышала на 39% урожайности контрольных растений.
Дальнейшие 3-х летние исследования проводились в научных, летних, не обогреваемых, плёночных теплицах УралНИИС Хоза и в теплицах ЗАО « Тепличное » под руководством ведущего научного сотрудника, кандидата сельскохозяйственных наук Мамоновой Л.Г. на томатах гибридов « Кострома » , « Благовест » и на огурцах гибрида « Маринда » .
Результаты 3-х летних исследований:
Биометрические данные растений: При замачивание семян в структурированной воде появление 1-го, 2-го, 3-го листьев шло с ускорением на 3 дня по сравнению с контролем, при поливе структурированной водой растения повышали высоту растений на 17%, уменьшали расстояние между цветочными кистями на 20%, что положительно, повышались число плодов на 34%, листовая поверхность — на 9%, число цветочных кистей — на 15%, что свидетельствует об активном действие структурированной воды, при обработке семян, на ростовые процессы.
Урожайность растений: При замачивании семян и при поливе структурированной водой растения (томаты и огурцы) увеличивали урожайность на 12- 43%, а испытание в теплицах ЗАО «Тепличное» (комбинат № 10) на перцах получено больше урожая на 54,8%, с площади 700 кв.м. , а в комбинате № 5 с площади 1000 кв.м. получено урожая огурца на 35% больше, по сравнению с контролем.
Один из опытов на огурцах показывает, что при применение активации можно увеличить урожайность растений в 2–3 раза, что не является пределом.
Качество овощей: Четырёхлетние исследования влияния структурированной воды на качество овощей показывают, что в результате применения такой воды, вырастают экологически чистые овощи, в которых нитратов меньше на 40–60%, меньше содержание тяжёлых металлов: кадмия — на 33%, меди — на 12%, цинка — на 16–18%, в этих же опытах получено, что активация воды резко снижает содержание ртути в овощах: в одном опыте — на 60%, а в другом — на 200%. Кроме, в овощах увеличиваются содержание сухого вещества, каротина, витамина С, полезных организму формах: азота, калия и фосфора.
Почва: «В результате применения структурированной воды при выращивание растений в почве увеличиваются питательные вещества на 20–30%, происходит усиленное потребление их в процессе всей вегетации растений, т. к. структурированная вода растворяет более 90% применяемых удобрений и компонентов почвы, почву в теплицах десятками лет можно не менять». Структурированную воду, более сильной активации, можно применять для дезинфекции теплиц. «Полив структурированной водой повышал содержание азота, фосфора, калия в почве, питательные вещества в результате диспергации становились более доступными для корневой системы растений».
При применение не активированной воды в почве скапливается большое количество не растворённых простой водой удобрений, т. к. простая вода растворяет от 15% до 46% удобрений, а более 50% удобрений остаётся в почве балластом, гибнут микроорганизмы, почва приходит в негодность. Раньше, через каждые 3–4 года в теплицах меняли почву, сотнями тонн вывозили почву и завозили новую.
В последнее время в теплицах применяется Голландская технология выращивания растений путём капельного полива на синтетических материалах, где почва отсутствует, растения питают растворами удобрений капельным поливом. Качество выращенных овощей сомнительное, т. к. в почве нет микроорганизмов, которые вырабатывают сотни аминокислот и ферментов, очень необходимых организму человека.
В 2001-м году проведены исследования по определению влияния структурированной воды на семи сортах цветов роз: Сандра, Тиники, Гранд Гала, Анжелика, Сониа, Конрад, Ред Саксис. Все сорта разделены на две группы: одна группа поливалась простой водой, а другая — структурированной водой. Результат: Количество не укоренившихся (погибших) черенков роз при поливе простой водой (196 шт.) превышало на 329% количество не укоренившихся черенков (56 шт.) при поливе структурированной водой. Особенно отзывчив на полив структурированной водой сорт Сандра, где количество погибших черенков при поливе структурированной водой было в 12 раз меньше, чем при поливе простой водой.
«Полив структурированной водой цветов роз значительно стимулирует рост и развитие их, окраска цветов становится более интенсивным, сочным, увеличивается биомасса цветов, повышается листовая поверхность, высота растений (на 30%), изменяется биохимические свойства грунта, повышается активность азотных бактерий, питательные вещества становятся более доступными для корневой системы растений и легко усваиваются ими».
Исследования на животных
В феврале 2006 года, по указанию Министра сельского хозяйства господина Чемезова С.М., в свиноводческом совхозе «Сосновское» были проведены исследования по определению влияния структурированной воды на только что родившихся поросят. В опытной группе было 21 поросёнок, средний вес одного поросёнка — 275 гр., в контрольной группе 23 поросёнка, средний вес одного поросёнка — 380 гр., т. е. в контрольной группе средний вес поросёнка превышал на 27,6% (105гр.), среднего веса поросёнка опытной группы, они были здоровее. Результат: В опытной группе погибло 3 поросёнка (14,2%), а в контрольной группе 8 поросят (34,7%).
Выживаемость поросят, при применении структурированной воды, в опытной группе было выше на 244%, чем выживаемость поросят в контрольной группе.
Источник
Что такое кавитация?
Термин «Кавитация» происходит от латинского — Cavitas (впадина, углубление, полость).
Данным термином принято обозначать физический процесс, протекающий при ряде условий в жидкостях, и сопровождающийся образованием и схлопыванием большого количества пузырьков (пустот, каверн).
Кавитацию можно условно разделить на два подтипа согласно происхождению: гидродинамическая и акустическая.
В свою очередь, гидродинамическая Кавитация имеет ещё два подкласса — назовем их статический и динамический.
Что собой представляет кавитация как процесс физико-химического свойства?
| P (атм.) | T°C |
| 0.01 | 6.7 |
| 0.02 | 17.2 |
| 0.04 | 28.6 |
| 0.1 | 45.4 |
| 0.2 | 59.7 |
| 0.3 | 68.7 |
| 0.4 | 75.4 |
| 0.5 | 80.9 |
| 0.6 | 85.5 |
| 0.7 | 89.5 |
| 0.8 | 93 |
| 0.9 | 96.2 |
| 1 | 99.1 |
| 1.033 | 100 |
Вода в природе не является однородной и чистой средой без примесей. Все жидкости являются растворами, в которых достаточно большое количество примесей, в основном атмосферных газов. Из атмосферного воздуха в воде растворяется почти в два раза больше азота, нежели кислорода.
Так, в 1 л воды при температуре 20°С растворяется приблизительно 665 мл углекислого газа, а при 0°С — в три раза
больше, 1995 мл. При температуре 0°С в одном литре H2O может быть растворено: He — 10 мл, H2S — 4630 мл.
Повышение давления влечёт за собой увеличение растворимости газов.
Например, при давлении 25атм в 1 л воды растворяется углекислого газа 16,3 л, а при 53 атм — 26,9.Понижение давления даёт, соответственно, обратный эффект. Если оставить ёмкость с водой на ночь, на стенках образуются пузырьки газа. Ещё более наглядно и быстрее это можно увидеть в стакане с газировкой. В процессе кипячения воды мы также видим процесс образования пузырьков с газом и паром.
Кавитация (тепловая) в некотором смысле — тот же процесс кипения, вызванный не только повышением температуры
(хотя и это тоже один из факторов образования кавитации).В сочетании двух факторов, повышенной температуры и пониженного давления над жидкостью, происходит процесс кавитации, при котором жидкость переходит в газо-водяную смесь.
Откачивая вакуумным насосом воздух из стеклянной бутылки — Получаем процесс кавитационного «кипения» при комнатной температуре.
| | |
Видеодемонстрация описанного эффекта.
Это особо критично и чаще всего встречается в насосных системах, работающих на всасывание. Рабочее колесо или винт создают во всасывающей магистрали разряжение, которое в случае недостатка жидкости на входе (заужение прохода, излишнее количество поворотов трубопровода и т.д.), создают условия для кавитационного закипания жидкости.
Очень часто клиенты обращаются с вопросом — почему нельзя всасывать жидкости с высокой температурой? Ответ лежит на поверхности – при понижении давления во всасывающем патрубке большая часть воды переходит в следующее агрегатное состояние, т. н. водно-газовую смесь (проще говоря, кавитационный кипяток), поднять который обычным насосом для воды уже нельзя в принципе.
Раствор жидкости с газом находится в обычных условиях в равновесии, т.е. давление в жидкости больше давления насыщенных паров газа, и система стабильна. В тех случаях, когда в системе нарушается данное равновесие, и происходит образование кавитационных пузырьков.
Рассмотрим случай образования Кавитации в статичной системе.
Чаще всего кавитация образуется в зоне, расположенной на напорной магистрали насоса, в случае её сужения.
Т.е. давление жидкости после сужения падает (согласно закону Бернулли), т.к. увеличиваются потери и кинетическая энергия.
Давление насыщенных паров становится больше внутреннего давления в жидкости с образованием пузырьков/каверн. После прохождения узкой части (это может быть приоткрытый затвор, местное сужение, и т. п.) скорость потока падает, давление возрастает и пузырьки газов и паров схлопываются. Причём энергия, высвобождаемая при этом, весьма и весьма велика, в результате чего (особенно если это происходит в пузырьках, находящихся на стенках) происходят микро-гидроудары, влекущие за собой повреждения стенок. При этом, если не принять мер, то процесс дойдёт и до полного разрушения стенок насосной части. Вибрация и повышенный шум в насосе и трубах — первейшие признаки кавитации.
Основные слабые места в гидросистемах — места сужения, резкого изменения скорости потока жидкости (клапаны, краны, задвижки) и рабочие колёса насосов. Более уязвимыми они становятся при увеличении шероховатости поверхности.
| | Но кавитация имеет помимо негативных последствий ещё и позитивные. Её воздействие может полировать детали, очищать трубы. Всё же чаще всего есть необходимость избежать кавитационных явлений. Способ первый, основной, но не единственный – учёт кавитационного запаса насоса на стадии проектирования системы. |
Учёт кавитационного запаса насоса на стадии проектирования системы.
Для расчёта достаточного кавитационного запаса системы надо посчитать
H – максимально возможную для данных условий, для данного насоса и его производительности, высоту всасывания.
H= Pb*10.2 – NPSH – Hf – Hv – Hs,где
Hf — потери во всасывающей магистрали (м.в.ст.) в метрах водяного столба,
Hv — давление насыщенных паров жидкости при рабочей температуре (м),
Hs — запас надёжности, принимаемый проектировщиками – 0,5 м.в.ст.,
Pb — давление над жидкостью — в открытой системе это атмосферное давление, приблизительно равное 10,2 м.в.ст. (Pb*10.2)
Характеристика насоса NPSH (Net Positive Suction Head) означает высоту всасывания, измеренную на всасывающем входе в насос, с поправкой на давление насыщенных паров конкретной перекачиваемой жидкости,на максимальной производительности насоса.
Т.е. физический смысл формулы H= Pb*10.2 – NPSH – Hf – Hv – Hs состоит в том, чтобы на максимальных рабочих параметрах насоса разряжение в его всасывающем патрубке не превышало бы давление насыщенных паров жидкости при рабочей температуре, т.е. система имела бы требуемый для бескавитационной работы подпор.
Совершенно очевидны отсюда и остальные пути снижения вероятности появления кавитации:
— изменить диаметр на всасывании на больший – уменьшить потери (Hf),
— переместить насос ближе к месту забора жидкости – уменьшить потери (Hf),
— поставить более гладкую трубу, уменьшить число поворотов, задвижек, клапанов– уменьшить потери (Hf),
— понизить разряжение на всасывании изменением высоты установки насоса или использованием бустерного насосного оборудования – повысить (Pb),
— снизить температуру жидкости — уменьшить (Hv),
— уменьшить производительность насоса, снизить число оборотов – понизить (NPSH).
Все эти меры направлены на уменьшение возможности возникновения кавитации в насосе и ведут к долговременной и безопасной работе насосов.
Источник
