Анотація до роботи:

Дудзінський Ю. М. Акустичні властивості струминних гідродинамічних випромінювачів в умовах розвинутої кавітації. — Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук зі спеціальності 01.04.06 — акустика. — Інститут гідромеханіки НАН України, Київ, 2008.

Дисертаційна робота присвячена дослідженню акустичних властивостей гідродинамічних випромінювачів (ГДВ) протиточного й прямоточного типу в умовах розвинутої кавітації. У результаті експериментальних досліджень встановлено: 1) залежність частоти основного тону й спектра генерованого акустичного сигналу від геометричних параметрів зануреної струминної оболонки; 2) залежність частоти основного тону генерованого звуку від швидкості струменя в соплі й властивостей рідини; 3) залежність амплітудно-частотних характеристик і добротності струминних ГДВ від геометричних параметрів зануреної струминної оболонки й властивостей рідини; 4) залежності рівня й інтенсивності акустичного сигналу від геометричних параметрів зануреної струменя, швидкості потоку, гідростатичного тиску в рідини, оптимізовано значення цих характеристик; 5) залежність акусто-гідродинамічної ефективності випромінювачів від гідростатичного тиску в рідині; 6) залежність ерозійної активності струминних ГДВ від відстані до зони звукоутворення й гідростатичного тиску в рідині.

Запропоновано акустичну модель струминної оболонки й вирішена крайова задача про випромінювання звуку цією оболонкою. Аналіз цього рішення дозволив установити фізичний механізм автоколивань у системі, що складається із пружного двофазного середовища усередині оболонки, приєднаної маси зовні й самої струминної оболонки. Це дозволило встановити механічні властивості двофазного середовища й пояснити незвичайну властивість даних джерел звуку: зниження частоти зі зростанням швидкості струменя.

Розроблено й обґрунтовано теоретично й експериментально математичні моделі циліндричної (прямоточний ГДВ) і усіченої конічної (протиочний ГДВ) занурених струминних оболонок на основі гіпотез Кірхгофа – Лява. Проаналізовано границі застосовності цих моделей, у рамках яких 1) досліджено вплив геометричних параметрів кільцевого струменя й властивостей рідини на частоту основного тону (нижча гармоніка) акустичного сигналу; 2) отримано аналітичні вираження амплітудно-частотних характеристик струминних ГДВ прямоточного й протиточного типу; 3) отримано аналітичні вираження для розрахунку спектра генерованого звуку в залежності від геометричних параметрів зануреної струминної оболонки й властивостей рідини; 4) досліджено вплив надлишкового статичного тиску в рідині на енергетику й акусто-гідродинамічну ефективність струминних ГДВ; 5) розроблено новий спосіб виміру міцності рідини на розрив.

Вирішено задачу нелінійного згасання коротких експоненціальних імпульсів у площинній, сферичній й циліндричній розбіжній хвилі й оцінена функція просторової густини акустичної потужності, поглиненої одиницею об'єму рідини. Експериментальні дослідження поля поблизу зони звукоутворення виявили кореляцію цієї функції й ерозійної активності струминних випромінювачів. Проведені дослідження показали, зокрема, високу ефективність струминних випромінювачів для інтенсифікації процесів очищення поверхонь деталей машин від технологічних і експлуатаційних забруднень. Також розроблено рекомендації побудови на основі цих джерел звуку акусто-гідродинамічних сенсорів міцності рідини на розрив.

У дисертації отримано наступні результати

1. Розроблено лабораторний стенд і проведено експериментальні дослідження акустичних властивостей струминних гідродинамічних випромінювачів звуку з розвинутою кавітацією. Установлено кількісні залежності:

• між геометричними, гідродинамічними параметрами зануреної струминної оболонки й частотою основного тону генерованого звуку;

• між швидкістю струменя на виході сопла, гідростатичним тиском, властивостями рідини й частотою основного тону, випромінюваного акустичного сигналу. Показано, що частота приблизно зворотно пропорційна швидкості рідини;

• між геометричними параметрами струминної оболонки, властивостями рідини й АЧХ струминних ГДВ;

• між геометричними параметрами зануреної струминної оболонки, властивостями рідини, гідростатичним тиском у рідині й спектром генерованого звуку;

• між геометричними параметрами струминної оболонки, властивостями рідини, гідростатичним тиском у рідині й рівнем випромінюваного звуку.

2. Запропоновано акустичну модель струминної оболонки й вирішена крайова задача про випромінювання звуку цією оболонкою. Аналіз цього рішення дозволив установити фізичний механізм автоколивань у системі, що складається із пружного двофазного середовища усередині оболонки, приєднаної маси зовні й самої струминної оболонки. Це дозволило встановити механічні властивості двофазного середовища й пояснити незвичайну властивість даних джерел звуку: зниження частоти з ростом швидкості струменя.

3. Розроблено й обґрунтовано теоретично й експериментально математичні моделі циліндричної (прямоточний ГДВ) і усіченої конічної (протиточний ГДВ) занурених струминних оболонок на основі гіпотез Кірхгофа – Лява. Проаналізовано границі застосовності цих моделей.

4. У рамках розроблених моделей

• вперше отримано аналітичні вираження амплітудно-частотних характеристик струминних ГДВ прямоточного й протиточного типу;

• вперше отримано аналітичні вираження для розрахунку спектра генерованого звуку в залежності від геометричних параметрів зануреної струминної оболонки й властивостей рідини;

• вперше досліджений вплив надлишкового статичного тиску в рідині на енергетику й акусто-гідродинамічну ефективність струминних ГДВ;

• одержало подальший розвиток дослідження впливу геометричних параметрів кільцевого струменя й властивостей рідини на частоту основного тону (нижча гармоніка) акустичного сигналу;

• одержало подальший розвиток дослідження впливу геометричних параметрів кільцевого струменя, гідростатичного тиску й властивостей рідини на амплітудно-частотні характеристики струминних ГДВ прямоточного й протиточного типу.

5. Розроблено експериментальну методику для оцінки міцності рідини на розрив за обмірюваним значенням частоти основного тону акустичного сигналу й надлишкового статичного тиску в рідині. Проведено експериментальну перевірку, проаналізовано межі застосовності цього методу. Результати добре погодяться з відомими даними, отриманими іншими методами.

6. Одержало подальший розвиток дослідження впливу гідростатичного тиску в рідині на ерозійну активність у ближнім полі струминних ГДВ. Експерименти показали перевагу полі гармонічних імпульсів у порівнянні з моно гармонічним сигналом традиційних електроакустичних випромінювачів.

Публікації автора:

1. Дудзинский Ю. М. Эрозионная активность гидродинамического излучателя / Ю. М. Дудзинский, О. А. Назаренко, В. И. Рыженко // Труды Одесского политехнического университета. — 1998. — Вып. 2(6). — С. 169—172.

2. Дудзинский Ю. М. Гидродинамические излучатели акустических волн и проблема очистки деталей машин / Ю. М. Дудзинский, О. В. Сухарьков // Труды Одесского политехнического университета.– 2000. — Вып. 2(11). — С. 23—26.

3. Дудзинский Ю. М. Энергетические характеристики вторичной вихревой области осесимметричного гидродинамического излучателя / Ю. М. Дудзинский, А. А. Назаренко // Акустичний вісник. — 2000. — 3, № 1. — С. 36—41.

4. Дудзинский Ю. М. Кавитационная эрозия при избыточном статическом давлении / Ю. М. Дудзинский, О. А. Назаренко, Н. В. Маничева // Труды Одесского политехнического университета. — 2001. — Вып. 3(15). — С. 114—118.

5. Дудзинский Ю. М. Оптимизация параметров широкополосного акустического излучателя в условиях избыточных статических давлений / Ю. М. Дудзинский, Н. В. Маничева, О. А. Назаренко // Акустичний вісник. — 2001. — 4, №2. — С. 38—46.

6. Дудзинский Ю. М. Колебания затопленной осесимметричной струи-оболочки / Ю. М. Дудзинский, А. А. Назаренко // Акустичний вісник. — 2001. — 4, №4. — С. 27—35.

7. Дудзінський Ю. М. Автоколивання пружного зануреного осесиметричного струменя-оболонки / Ю. М. Дудзінський, А. О. Сухарьков, Назаренко О. А. // Акустичний вісник. —2003. — 6, №3. — С. 29—33.

8. Дудзинский Ю. М. Энергетика прямоточного гидродинамического излучателя в условиях гидростатического давления / Ю. М. Дудзинский, А. О. Сухарьков, Н. В. Маничева // Акустичний вісник. — 2004. — 7, №1. — С. 44—49.

9. Дудзінський Ю. М. Модель прямоточного гідродинамічного випромінювача з кільцевим соплом і східчастою перешкодою / Ю. М. Дудзінський, О. В. Сухарьков, Н. В. Манічева // Акустичний вісник. — 2004. — 7, №3. — С. 48—51.

10. Дудзинский Ю. М. Собственные колебания струйной оболочки в условиях гидростатического давления / Ю. М. Дудзинский, А. Ф. Дащенко // Прикладная механика. — 2004. — 40, № 12. — С. 92—98.

11. Дудзинский Ю. М. Ближнее поле осесимметричного гидродинамического излучателя / Ю. М. Дудзинский // Акустичний вісник. — 2004. — 7, № 4. — С. 48—51.

12. Дудзинский Ю. М. Вынужденные колебания осесимметричной затопленной струйной оболочки / Ю. М. Дудзинский, В. Г. Попов // Прикладная механика. — 2005. — 41, № 4. — С. 60—65.

13. Дудзинский Ю. М. О нелинейном затухании экспоненциальных упругих импульсов / Ю. М. Дудзинский // Акустичний вісник. — 2005. — 8, № 1—2. — С. 51—53.

14. Дудзінський Ю. М. Моделі Акусто-гідродинамічних сенсорів порога кавітації рідини / Ю. М. Дудзінський // Математичні методи та фізико-механічні поля. — 2005. — 48, №4. — С. 199—204.

15. Дудзинский Ю. М. Динамика затопленной осесимметричной кольцевой струи / Ю. М. Дудзинский // Доповіді НАН України. — 2006, №1. — С. 46—51.

16. Дудзинский Ю. М. Амплитудно-частотные характеристики осесимметричных струйных оболочек / Ю. М. Дудзинский // Акустичний вісник. — 2005. — 8, № 3. — С. 44—49.

17. Дудзінський Ю. М. Змушені осесиметричні коливання циліндричної оболонки в потоці суцільного середовища / Ю. М. Дудзінський // Машинознавство. — 2006. — № 4 (106). — С. 26—29.

18. Дудзинский Ю. М. Кавитационная эрозия в ближнем поле осесимметричного гидродинамического излучателя / Ю. М. Дудзинский // Акустичний вісник. — 2005. — 8, № 4. — С. 46—50.

19. Дудзінський Ю. М. Акусто-гідродинамічний метод метод вимірювання порогу кавітації рідини / Ю. М. Дудзінський // Акустичний вісник. — 2006. — 9, № 1. — С. 34—39.

20. Дудзинский Ю. М. Кавитационная эрозия в условиях гидростатического давления / Ю. М. Дудзинский // Акустичний вісник. — 2006. — 9, № 2 . — С. 56—62.

21. Дудзинский Ю. М. Динамика затопленной конической осесимметричной струйной оболочки / Ю. М. Дудзинский // Акустичний вісник. — 2006. — 9, № 3. — С. 27—35.

22. Дудзінський Ю. М. Спектр звуку, генерованого зануреною осесиметричною струминною оболонкою / Ю. М. Дудзінський, О. В. Сухарьков // Математичні методи та фізико-механічні поля. — 2007. — 50, №2. — С. 129—134.

23. Дудзінський Ю. М. Динаміка струминної оболонки і спектр акустичного сигналу / Ю. М. Дудзінський // Вісник Київського. ун-ту, серія: фізико-мат. науки. — 2006. — №3. — С. 89—97.

24. Дудзинский Ю. М. Очистка цилиндрических отверстий в поле коротких акустических импульсов / Ю. М. Дудзинский, О. В. Сухарьков // Акустичний вісник. — 2007. — 10, № 1. — С. 30—38.

25. Вовк И. В. О возможном механизме автоколебаний в струйных гидродинамических излучателях с развитой кавитацией / И. В. Вовк, В. Т. Гринченко, Ю. М. Дудзинский // Акустичний вісник. — 2008. — 11 , № 2. — С. 15—23.

26. Дудзінський Ю. М. Кавітаційна ерозія металу в потужних акустичних полях за умов надмірного статичного тиску / Ю. М. Дудзінський, Н. В. Манічева // 6-й міжнар. симп. Українських інженерів-механіків у Львові, 21—23 травня 2003 р. : тези доп.— Львів, 2003. — С. 159.

27. Дудзинский Ю. М. Очистка прецизионных деталей машин в мощных акустических полях / Ю. М. Дудзинский, А. О. Сухарьков, О. В. Сухарьков // Прогрессивные технологии и системы машиностроения : междунар. науч.-техн. конф., 8—14 сентября 2003 г. : междунар. сб. докл. — Донецк: Дон НТУ, 2003. — Вып. 25. — С. 123—127.

28. Дудзінський Ю. М. Автоколивання пружного зануреного осесиметричного струменя-оболонки / Ю. М. Дудзінський, А. О. Сухарьков, О. А. Назаренко // КОНСОНАНС – 2003 : Всеукр. акустичний симп. , 1—3 жовтня 2003 р. : зб. праць. — К., 2003. — С. 84—88.

29. Dudzinski Yu. M. Axial-Symmetric Hydrodynamic Radiators Use for Fluid Cavitation Threshold Measurment / Yu. M. Dudzinski, O. V. Suharkov, N. V. Manicheva // The IVth International Hutsulian Workshop on Mathematical Theories and Their Applications in Physics & Technology, 28 October — 02 November 2002 : The materials of. Conf. — Kyiv: TIMPANI, 2004. — P. 275—286.

30. Дудзинский Ю. М. Сенсор порога кавитации жидкости / Ю. М. Дудзінський, О. В. Сухарьков // Современные информационные и электронные технологии, 17—21 мая 2004 г. : 5-я междунар. науч.-практ. конф. : сб. трудов. — Одесса : ОНПУ, 2004. — С. 244.

31. Дудзинский Ю. М. Динамика осесимметричных затопленных струйных оболочек / Ю. М. Дудзинский // КОНСОНАНС – 2005, 27—29 вересня 2005 р. : Всеукр. акустичний симп. : зб. праць. — К., 2005. — С. 177—184.

32. Дудзинский Ю. М. Динамика затопленных струйных оболочек и спектр акустического сигнала / Ю. М. Дудзинский // Dynamical System Modeling and Stability Investigation “DMSMI – 2007”, 22—25 May 2007 : The 9-th Inter. Conf. : тезисы докл. — К., 2007. — С. 287.

33. Дудзинский Ю. М. Влияние параметров струйных оболочек и свойств жидкости на спектр звука гидродинамических излучателей / Ю. М. Дудзинский // КОНСОНАНС – 2007, 25—27 вересня 2007 р. : Всеукр. акустичний симп. : зб. праць. — К., 2007. — С. 86—93.

34. Пат. 33982 Україна, МПК G 01 N 11/00, G 01 N 29/02. Акусто-гідродинамічний сенсор порога кавітації рідини / Дудзінський Ю. М., Сухарьков О. В.; заявник і патентовласник Одеська національна академія зв'язку ім. О. С. Попова. — № u 200801359 ; заявл. 25.07.08, опубл. 25.07.08, Бюл. №14.