Технические науки
Загрязнение воды и ее очистка, сложная и
многогранная проблема, одна из задач кото-
рой — как сделать воду качественной и прием-
лемой для потребления человека и животных.
С этой целью нами разработан комбиниро-
ванный способ очистки воды, включающий
замораживание и оттаивание, причем замора-
живание сначала проводят до перехода части
воды в твердую фазу, которую удаляют, а ос-
тавшуюся часть воды замораживают, подвер-
гая гидродинамической кавитации до полно-
го перехода в твердую фазу, после чего цент-
ральную часть воды удаляют.
Гидравлическая кавитация возникает в тех
участках потока, где давление понижается до
некоторого критического значения. Присут-
ствующие в жидкости пузырьки газа или пара,
двигаясь с потоком жидкости и попадая в об-
ласть давления меньше критического, приобре-
тают способность к неограниченному росту.
После перехода в зону пониженного давления
рост прекращается, и пузырьки начинают
уменьшаться. Если пузырьки содержат доста-
точно много газов, то при достижении ими ми-
нимального радиуса, они восстанавливаются и
совершают несколько циклов затухающих
колебаний, а если мало — то охлопываются пол-
ностью в первом цикле.
Таким образом, вблизи обтекаемого тела
создается кавитационная зона, заполненная
движущимися пузырьками растворенных газов.
Сокращение кавитационного пузырька проис-
ходит с большой скоростью и сопровождается
звуковым импульсом, тем более сильным, чем
меньше газа содержит пузырек. Если степень
развития кавитации такова, что возникает и
схлопывается множество пузырьков, то явление
сопровождается сильным шумом со сплошнНымМ
спектром от несколько сотен Гц до сотен кГц.
Спектр расширяется в область низких частот по
мере увеличения максимального радиуса пу-
зырьков.
Если бы жидкость была идеально одно-
родной, а поверхность твердого тела, с кото-
рым она граничит, идеально смачиваемой, то
разрыв происходил бы при давлении более
низком, чем давление насыщенного пара жид-
кости, при котором жидкость становится не-
стабильной. Теоретическая прочность воды
на разрыв равна 1500 кг/см, но реальные жид-
кости менее прочны. Максимальная проч-
ность на разрыв очищенной воды, достигну-
тая при растяжении воды при 10°С, составля-
150
ет 260 кг/см. Обычно же разрыв наступает при
давлениях насыщенного пара. Низкая проч-
ность реальных жидкостей связана с наличи-
ём в них так называемых кавитапионных за-
родышей — плохо смачиваемых участков твер-
дого тела.
При использовании кавитации в воде в ме-
стах неоднородности среды происходят разры-
вы сплошности потока с образованием парога-
зовых пузырьков — короткоживущие парогазо-
вые каверны. Скорость их схлопывания очень
высока и в микроокрестностях этих точек воз-
никают экстремальные параметры: высокая
температура и, прежде всего, высокое давление.
В качестве неоднородностей жидкой среды при
этом выступают споры бактерий и грибов, ко-
торые при кавитационном взрыве (имплозии)
оказываются в центре схлопывания. В резуль-
тате вблизи точек схлопывания полностью
уничтожается патогенная микрофлора, даже
такие споры грибов, как АзрегеШи$$ шгеег, ко-
торые вообще не уничтожается ни ультрафио-
летом, ни озоном.
Кроме этого использование кавитации спо-
собствует перемещению примесей с более низ-
кой температурой замерзания, чем чистой воды,
в центральную часть объема. Поэтому удале-
ние замороженной воды из центральной части
обеспечивает удаление вместе с ней и всех вред-
ных примесей.
Необходимо сказать, что энергия кавита-
ционного пузырька аккумулируется в форме
кинетической энергии движущейся жидкости,
которая заполняет пузырек:
к01 
к01 
О 
2
Е 
= | -У’тав 
= | — — | р:Ал&’ав 
=
в 2 
в \4:л-К
„В.О°( 1О
8л 
(К, 
К
где У — скорость движения стенки пузырька;
т — масса движущейся жидкости;
К, — начальный радиус сферы жидкости,
которая участвует в движении при схлопы-
вании пузырька;
К, — радиус пузырька в конечной стадии
схлопывания;
р — плотность жидкости;
©О — количество жидкости, втекающей в пу-
зырек за единицу времени.
Данное уравнение можно применить, уста-
новив конечные границы интегрирования, ко-
ВЕСТНИК ОГУ No2/ФЕВРАЛЬ`2006 Том 2. Естественные и технические науки