книги / Тиристорные генераторы ультразвуковой частоты

§ 1.6 при расчете ЭДС магнитострикции и определении па­ раметров схемы замещения магнитостриктора.

1.5. Явление кавитации и его влияние на волновое сопротивление излучению

Из предшествующего параграфа можно сделать заключение, что единственным параметром, характеризующим влияние среды облучения на акустические процессы в магнитострикторе, является волновое со­ противление излучению

Zc—pc~j-/-£c.

В табл. 1.3 приведены значения рс и хс для некоторых технологи­ ческих процессов [46].

Они даны при условии, что в жидкости не произошло кавитации {48], образования газовых пузырьков — каверн. При возникновении кааерн значительно снижается упругость и плотность жидкости, а сле­ довательно, волновое сопротивление излучателя [46]. Это воздействие «осит достаточно сложный стохастический характер.

Для того, чтобы лучше представить себе явления, происходящие яри кавитации, рассмотрим газовый пузырек в жидкости.

Уравнение движения стенки пузырька имеет вид [48]:

где г — радиус пузырька; р0— давление насыщенного пара в пузырьке;

а — поверхностное натяжение, зависящее от Т; R — газовая постоян­

Анализируя выражение (1.25), нетрудно заключить, что если г меньше некоторого критического значения г„р, то равновесие устойчи­ во. Это значение равно;

г« р -У (3/2)(Л77«)*

Например, для воды при /=20°С, а=0,073 Н/м и i?7'=li33X

испарения жидкости внутрь пузырька. Это испарение происходит прв рж<0, т. е. при возникновении в жидкости определенных растягиваю­ щих усилий. В частности, для воды критическое значение радиуса пу­ зырька меняется от 0,4 -10-3 до 1,5* 10~э мм при изменении темпера­ туры от 60 до 45 °С.

Таким образом, согласно современной теории кавитации в спокой­ ной (неподвижной) жидкости имеются микроскопические пузырькиядра, образованные либо растворенными газами, либо паром самой жидкости и находящиеся в состоянии устойчивого равновесия.

Под воздействием периодически изменяющегося давления жидко­ сти каверны увеличиваются: при снижении давления каверна увеличи­ вается, и увеличивается поверхность испарения жидкости в пузырек. При повышении давления каверна уменьшается и поверхность конден­ сации пара в жидкость также уменьшается. В результате масса испа­ рившейся жидкости оказывается больше массы сконденсированного пара. В каверне накапливается пар, и она растет.

После превышения гкр состояние каверны становится неустойчи­ вым. При этом возможны либо быстрый рост каверны, слияние ее с другими и выведение из жидкой среды, либо схлопывание, т. е. быст­ рое, длящееся миллисекунды или доли миллисекунд, исчезновение ка­ верны.

Возникновение того или иного явления зависит от смачиваемости, вязкости и плотности жидкости, от температуры, количества растворен­ ного газа, амплитуды переменного давления. При высокой температуре и большом количестве растворенного в жидкости газа происходит рост каверн и дегазация жидкости.

Именно схлопывание пузырьков при кавитации, сопровождаемое ударной акустической волной (микроудар), используется в технике.

акустическими колебаниями сердечника (рис. 1.8). В даль­ нейшем первое слагаемое именуется ЭДС самоиндукции Ес, второе — ЭДС магнитострикции £ м.

Для того, чтобы определить обе ЭДС, запишем [см. (1.13)] *

E = —wS(dB/dt) = —wS(dBa/dl) +

Для дальнейшего анализа примем аппроксимацию кри­ вой намагничивания гиперболическим синусом [17, 25]:

где Не и Вб — базисные значения напряженности поля и магнитной индукции материала сердечника магнитостриктора.

Для пермендюра можно принять £ б= 0 ,4 Тл, Я б= = 16 А/м. Обоснуем эти величины с помощью осцилло­ грамм рис. 1.9.

Втабл. 1.4 приведены значения напряженности левой

Я_ и правой Я+ ветвей петли гистерезиса, их среднее зна­

чение Яср,эксп= (Я _+Я+)/2, а также значение Я расч, полу­ ченное по (1.38), при соответствующих значениях индук­ ции В.

составляющей индукции под воздействием магнитострикционных коле­ баний. Значение этой составляющей мало по сравнению с Ес и Еьи по­ этому ее влиянием на процессы в обмотке магнитостриктора мы прене­ брегаем. Однако ее можно использовать для грубого замера резонанс­ ной частоты автоподстройки (см. гл. 4).

вания.

Подставляя Во* и Но* из (1.42) и (1.43) в (1.37), по­ лучаем

где _УМ— проводимость резонансного контура, эквивалент­ ного акустической нагрузке:

Приравнивая Ъъ к нулю, находим уточненное выраже­

соизмерима с ЭДС самоиндукции Ес по амплитуде только вблизи резонансной частоты а>рез. При всех других часто­

Следует отметить, что на ультразвуковых частотах по­ тери в стали значительны (например, для пермендюровых сердечников мощность потерь в стали может достигать по-