Способ определения порога акустической кавитации в жидкости

 

Изобретение касается исследований и анализа жидкостей с помощью звуковых и ультразвуковых колебаний и может быть применено в областях народного хозяйства, использующих жидкие углеводородные горючие . Цель изобретения - повышение точности достигается тем, что в жидкости на фиксированной частоте возбуждают акустические колебания с линейно нарастающей амплитудой, принимают прошедшие через жидкость колебания по частоте отличий от фиксированной, измеряют их амплитуду и в момент ее скачкообразного изменения определяют звуковое давление, соответствующее порогу акустической кавитации, по величине которой судят о свойствах жидкости , при этом звуковое давление определяют в момент скачкообразного изменения амплитуды колебаний на частоте, в два раза превышающей частоту возбуждения. 6 ил. fc

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)э G 01 N 29/02

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4821564/28 (22) 03,05.90 (46) 15.02.93, Бюл. № 6 (71) Головное конструкторское бюро Научно- производственного объединения "Энергия" (72) Б,П.Жуков, B,К.Макаров, Г.Н.Зяблицев, С.Г.Супрун и А.Г.Чернов (56) Физическая акустика /Под. ред. У.Мазана, ч.А., т.1, иэд-во "Мир", 1966, с.329 — 330, 353 - 355.

Авторское свидетельство СССР

¹ 176450, кл. В 06 В 1/06, 1960.

Авторское свидетельство СССР

N 1308005, кл. G 01 N 29/02; 1980. (54) СПОСОБ ОП РЕДЕЛ ЕНИЯ ПОРОГА АКУСТИЧЕСКОЙ КАВИТАЦИИ В ЖИДКОСТИ

Изобретение касается исследований и анализа физических свойств жидкости, относится к методам исследований акустической кавитации, предназначено для исследований жидкости углеводородных горючих и может быть использовано в авиационной, химической и судостроительной отраслях промышленности, а также в области контрольно-измерительной техники.

Известен способ определения физических свойств жидкостей, заключающийся в том, что в исследуемой жидкости возбуждают упругую волну, регистрируют волну, отраженную от границы твердая поверхность — жидкость, измеряют давления в возбуждаемой и отраженной упругих волнах и по от Ы,„, 1795363 А1 (57) Изобретение касается исследований и анализа жидкостей с помощью звуковых и ультразвуковых колебаний и может быть применено в областях народного хозяйства, использующих жидкие углеводородные горючие, Цель изобретения — повышение точности достигается тем, что в жидкости на фиксированной частоте возбуждают акустические колебания с линейно нарастающей амплитудой, принимают прошедшие через жидкость колебания по частоте отличий от фиксированной, измеряют их амплитуду и в момент ее скачкообразного изменения определяют звуковое давление, соответствующее порогу акустической кавитации, по величине которой судят о свойствах жидкости, при этом звуковое давление определяют в момент скачкообразного изменения амплитуды колебаний на частоте, в два раза превышающей частоту возбуждения. 6 ил. ношению этих давлений судят о свойствах исследуемой жидкости.

Известный способ имеет низкую надежность определения порога акустической кавитации при исследовании жидкостей с различными величинами газосодержания, что определяется различным характером зависимости порогового значения звукового давления от количества растворенных в жидкости Газов, Известен способ, включающий генерирование в жидкости акустической волны частоты f с линейно нарастающей амплитудой звукового давления, непрерывное измерение амплитуды звукового давления и регистрацию величин низкочастотных со1795363 ставляющих в спектре акустического сигнала.

Известный способ основан на зависимости между количеством растворенных в жидкости газов и мощностью ультразвуковых колебаний, необходимой для начала кавитации, При определенном пороговом значении мощности акустического сигнала в жидкости происходит процесс кавитации и образуются зарезонансные каверны, нелинейность колебаний которых приводит к резкому возрастанию в акустическом спектре принимаемого сигнала. низкочастотных составляющих, . . Недостатком известного способа является низкая надежность определения порога акустической кавитации для насыщенных и перенасыщенных газом жидкостей, так как в этом случае зависимость порога акустической кавитации от количества растворенных газов выражена очень слабо. При небольшой скорости нарастания амплитуды звукового давления P в исследуемой жидкости уровень низкочастотных составляющих медленно возрастает, а затем, при определенном звуковом давлении, скорость роста уровня низкочастотных составляющих резко увеличивается, т.е. имеет место различный темп нарастания уровня низкочастотных составляющих. Описанный характер поведения низкочастотных составляющих приводит к низкой надежности установления для исследуемой жидкости единого для разных газосодержаниях уровня дискриминации низкочастотной составляющей, что и обуславливает низкую надежность определения порога акустической кавитации жидкости с любым газосодержанием.

Отмеченный недостаток устранен в известном способе определения порога акустической кавитации в жидкости. Этот способ заключается в том, что возбужда>от в жидкости на фиксированной частоте f акустические колебания, увеличивают их амплитуду по линейно нарастающему закону, принимают акустические колебания и измеряют величину их давлений, причем определяют значение амплитуды субгармонической составляющей принятых акустических колебаний на частоте 1/2f, а измерение величины звукового давления осуществляют в момент скачкообразного нарастания субгармонической составляющей частоты 1/2f, по которой определяют искомый параметр.

Проведенные исследования показали, что повышение надежности определения порога акустической кавитации с помощью известного способа по авт.св, М 1308005 определяется в основном за счет следующих факторов; тоте отличной от фиксированной, измеряют их амплитуду и в момент ее скачкообразного изменения определяют звуковое давление, соответствующее порогу акустической кавитации, по величине которой судят о свойствах жидкости, при этом звуковое давление определяют в момент скачкообразного изменения амплитуды колебаний на частоте, в

45 два раза превышающей частоту возбуждения.

Пример конкретного выполнения, В ходе разработки предполагаемого изобретения авторами были проведены экспериментальные исследования по определению порога акустической кавитации в соответствии с формулой изобретения. Экспериментальные исследования проводились для двух проб дистиллированной воды.

Гаэосодержание а первой пробы составляло 18,8б мм на см воды, второй пробы—

2,34 мм газа на см воды. Пробы с указанным газосодержанием заливали в полый из50

55 исключается необходимость анализа широкополосного спектра кавитэционного акустического излучения и проводится наблюдение лишь за поведением субгармонической составляющей частоты 1/2f, что снижает влияние субъективных факторов на процесс определения порога акустической кавитации; субгармоническая составляющая часто10 ты 1/2f имеет самую большую амплитуду из всех субгармонических составляющих спектра, что в значительной степени облегчает анализ ее поведения и, как следствие, повышает надежность определения порога аку15 стической кэвитации; скачкообразное нарастание амплитуды субгармонической составляющей частоты

1/2т исключает случайные погрешности (промахи) определения момента времени

20 наступления кавитационного процесса, т,е. повышается надежность определения искомого параметра.

Недостаток известного способа — низкая чувствительность B расширении диапа25 зона амплитуд звукового давления.

Причина этого недостатка обусловлена тем, что амплитуда субгармонической составляющей частоты 1/2f существенно меньше амплитуды некоторых других составляющих

30 акустического спектра, Цель предлагаемого изобретения — повышение точности.

Поставленная цель достигается тем, что в жидкости на фиксированной частоте воз35 буждают акустические колебания с линейно нарастающей амплитудой, принимают прошедшие через жидкость колебания на час17953бЗ лучатель и, используя последовательность щих предлагаемый способ, определяли повсех технологических операций, составляю- роги акустической кавитации.,2 кПа ,4 атм) 0 0 100 150 200 250 300 350 кГц

1 — су"гармонкка частоты 1/2f (5 кГц)

2 — сугергармонкка частоты 2$ (20 кГц) Ф кг. I,7 кПа ,6 атм) 0 50 100 150 200 250 300

IQ ц

3 — суСгар..:онкка частоты I/2 (5 кГц) г л .г

4 — " i.á þ å .. c.".yL.а часто ы 2 3 i2о у ц) 0 - = 5Г 1.". 150 2::0 2-0 300 350 f крц

5 — суогармоника частоты 1/2 f (5 крц)

6 — супергармоника частоты 2 f (20 крц

Фиг.3

Формула изобретения

Способ определения порога акустической кавитации в жидкости, заключающийся в том, что в жидкости на фиксированной частоте возбуждают акустические колебания с линейно нарастающей амплитудой, принимают. прошедшие через жидкость колебания на частоте, отличной от фиксированной, измеряют их амплитуду и в момент ее скачкообразного изменения определяют звуковое давление, соответствующее поро10 гу акустической кавитации, по величине которой судят о свойствах жидкости, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности, звуковое давление определяют в момент скачкообразного изменения

15 амплитуды колебаний на частоте, в два раза превышающей частоту возбуждения.

1795363

Фиг.4

I0

75 100 125 1 50 j75 о - субгар>.окхческая составляющая частсты I/2 j

x — супергар. ..счическая состав.ж гал частоты 2 j ь — супергар1. .От1кче скея составля:-"." ач частоты 3 f

"кг.5

1795363

О

100 15С 2CG 250 о — субгармоническая ссстаэляю1цая частоть. I/,"g х — с/перГаэмОн и 1ес кз с Осч а Вляющяя час 701 Б 2 ь — с пе0ГармО:-:ич= еая сocTавляю1цал частО7ы 3 f кПа

Фиг.б

Составитель Б.Жуков

Техред М.Моргентал Корректор 3.Лончакова

Редактор

Заказ 426 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101