ЧИСЛЕННОЕ ОБОСНОВАНИЕ НЕОБХОДИМОСТИ РЕАЛИЗАЦИИ ВЫРОЖДЕННОЙ КАВИТАЦИИ ДЛЯ МАКСИМАЛЬНОГО УВЕЛИЧЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ПОГЛОЩЕНИЯ ГАЗА

BNFAHV

Аннотация

В работе рассматривается численное и теоретическое исследование характера распределения амплитуд звукового давления в жидкой среде, окружающей пузырь газа, для решения задач высокоэффективного газопоглощения жидкими средами при воздействии высокоинтенсивного ультразвука. Обоснована необходимость формирования зоны вырожденной кавитации для интенсификации массообменных процессов в системах «газ‒жидкость». Изучено влияние амплитуды ультразвукового давления и частоты ультразвука, а также положения газового пузырька относительно излучателя на формирование зон развитой и вырожденной кавитации и характер взаимодействия ударных волн с межфазной границей. Для моделирования использовано уравнение распространения акустического поля в кавитирующей жидкости, преобразованное к уравнению Гельмгольца и дополненное соответствующими граничными условиями. Границы зон кавитации определялись на основе модели Гилмора. Полученные результаты показывают, что газовый пузырёк всегда локально и существенно изменяет структуру акустического поля и окружён пристеночным слоем с отсутствующей кавитацией и следующей за ней зоной развитой кавитации. При этом формирование зоны вырожденной кавитации приводит к уменьшению толщины слоя без кавитации у межфазной границы, что снижает затухание ударных волн и способствует увеличению межфазной поверхности «газ‒жидкость». Показано, что максимальная интенсивность кавитационного воздействия достигается в области оптимальных расстояний пузырька от излучателя при частоте около 22 кГц. Результаты работы подтверждают перспективность создания зоны вырожденной кавитации для интенсификации процессов газопоглощения и могут служить основой для разработки и модернизации энергоэффективных ультразвуковых абсорбционных технологий.