Анотація до роботи:

Назаренко О.А. Гідродинамічні випромінюючі системи з вісесиметричною локалізованою областю кавітаційної природи. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.01 – фізика приладів, елементів та систем. – Одеський національний політехнічний університет, Одеса, 2006.

Дисертація присвячена дослідженню процесу гідродинамічного звукоутворення при вибухоподібному захлопуванні локалізованої області кавітаційної природи – звукоутворюючого елемента гідродинамічної випромінюючої системи.

Виконано аналіз відомих експериментальних і теоретичних робіт з генерування акустичних коливань зануреними струменями рідини, результати яких укладаються в межі акустичної, гідродинамічної, динамічної та інших теорій. Розглянута реалізація цих досліджень у вигляді розроблених випромінюючих систем, оцінені їх переваги і недоліки, що дозволило сформулювати завдання досліджень, які плануються. Стосовно випромінюючої системи з локалізованою кавітаційною областю, поставлено задачу, що описує натікання зануреного кільцевого струменя на плоску перешкоду і формування ним цієї області. Вона періодично вибухоподібно викидає свій вміст, генеруючи в оточуючому середовищі коливання. В результаті вирішення цього завдання було одержано трансцендентне дисперсійне рівняння, яке дозволило визначити частоту коливань, що генеруються, залежно від гідродинамічних і геометричних параметрів системи. Експериментальними дослідженнями було встановлено, що у випромінювачі із збільшенням швидкості витікання струменя із сопла, радіуса сопла і відстані між ним і перешкодою частоти падають; середній тиск всередині кавітаційної області залежить від швидкості струменя; виявлено, що зміна тиску в цій області протягом періоду коливань має релаксаційний характер. Зіставлення теоретично розрахованих залежностей з експериментальними показало їх прийнятну відповідність. Теоретично одержано, що напередодні викиду вмісту області тиск в ній залежно від швидкості витікання струменя перевищує тиск в навколишньому середовищі приблизно на 12–37 кПа (для робочого діапазону швидкості рідини 26–40м/с). Вперше було запропоновано використання енергії захлопування кавітаційних бульбашок для нанесення нанопорошків на поверхню металевих деталей. При проведенні попередніх експериментів використовувалися порошки оксиду металу (Al₂O₃), а підкладками були поверхні хвилеводів і пластинки.

Сукупність наукових положень, сформульованих і обґрунтованих в роботі, дозволила теоретично й експериментально розв’язати низку задач, присвячених вивченню процесу генерування коливань затопленим струменем рідини, що натікає на плоску перешкоду. Показано, що складні явища гідродинамічного звукоутворення, пов’язані з формуванням локалізованої області, розвитком в ній турбулентності, кавітації й періодичним вибухоподібним викидом її вмісту в навколишнє середовище, не тільки важлива з точки зору фізики цих явищ, але може також використовуватись для інтенсифікації різних фізико-хімічних технологічних процесів. При розв’язанні цих задач було отримано такі результати:

1. Розроблено модифіковану модель випромінюючої системи гідродинамічного звукоутворення вісесиметричними затопленими струменями рідини, що натікають на плоску перешкоду. За її допомогою пояснено утворення локалізованої кавітаційної області і розрив, в результаті дії конкуруючих процесів, суцільності струменя, що обмежує цю область, з вибухоподібним викидом її вмісту. Це дозволяє на основі фізичних уявлень розробляти та проектувати гідродинамічні випромінювачі з локалізованою кавітаційною областю.

2. Поставлено стосовно цієї моделі задачу, в результаті розв’язання якої отримано трансцендентне дисперсійне рівняння, що пов’язує основну частоту генерованих коливань з геометричними та гідродинамічними параметрами випромінюючої системи. Уточнено експериментально, що основна частота генерованих коливань спадає як зі зростанням швидкості витікання рідини із сопла, так і зі збільшенням розмірів звукоутворюючого елемента. Проведені фізичні обгрунтування одержаних закономірностей.

3. Встановлено, що зі зростанням швидкості витікання рідини збільшується частина порожнини, зайнятої кавітацією, а середній тиск усередині порожнини зменшується. Проведено експериментальну оцінку кута розширення турбулентного струменя у випромінюючій системі (=3,5⁰), а також аналізи осцилограм генерованих сигналів. Запропоновано модифіковану модель формування вторинної кавітаційної області та досліджено її ерозійну активність. На підставі проведених експериментальних і теоритичних досліджень визначено введені у моделі параметри й , що вперше дозволило оцінити ту частину струменя, яка йде на формування кавітаційної зони: вона складає приблизно 80 – 82 % від струменя, який витікає з сопла.

4. Розраховано теоретично залежності частоти від швидкості витікання струменя рідини, від відстані між соплом і перешкодою та від радіуса сопла, які добре узгоджуються в абсолютних одиницях вимірювання з дослідними залежностями. Проведено порівняння розрахункових і експериментальних даних залежності середнього тиску усередині області від швидкості витікання струменя. На основі розробленої моделі проаналізовані зміни тиску в порожнині протягом періоду коливань добре узгоджуються з експериментально отриманими осцилограмами сигналів. Вперше розраховано максимальне значення надлишкового, порівняно з навколишнім, тиску, при якому відбувається вибух порожнини (12 – 37 кПА – для робочого діапазону швидкостей струменя рідини 26 – 40 м/с). Вивчено зміни в часі в межах одного періоду швидкості рідини на периферії вихору в кавітаційній області. Вперше встановлено, що безпосередньо перед викидом вмісту цієї області вихор гальмується.

5. Вперше запропановано використати енергію захлопування кавітаційних бульбашок і областей з метою нанесення нанопорошків оксидів металів (Al₂O₃, d 50–80 нм) як покриття металевих поверхонь, що було експериментально реалізовано за допомогою спеціально розробленого фізичної установки. Поряд з цим були одержані дрібнодисперсні емульсії (диаметр глобул 1 - 3 мкм), а також за допомогою генерованих коливань гидродинамічним випромінювачем з локалізованою кавітаційною областю було отримано високоякісні мастильно-охолоджуючі рідини для машино- та приладобудування, що дозволило підвищити стійкість металорізальних інструментів (свердел і різців) в 1,2 – 1,5 рази.

Публікації автора:

1. Назаренко А.А. Анализ акустического сигнала, генерируемого осесимметричной локализованной областью кавитационной природы // Акуст. вісн. – 2000. – Т. 3. – № 4. – С. 45 –53.

2. Дудзинский Ю.М., Назаренко А.А. Энергетические характеристики вторичной вихревой области осесимметричного гидродинамического излучателя // Акуст. вісн. – 2000. – Т. 3. – № 1. – С. 36 –41.

3. Золотко А.Н., Назаренко А.А. О конкурирующих процессах, определяющих генерирование колебаний локализованной областью кавитационной природы // Акуст. вісн. – 2001. – Т. 4. – № 3. – С. 34 –38.

4. Назаренко А.А. Давление в звукообразующем элементе гидродинамической излучающей системы в течение периода колебаний // Акуст. вісн. – 2004. – Т. 7. – № 4. – С. 52–56

5. Назаренко А.Ф., Слиозберг Т.М., Назаренко А.А. Акустическое диспергирование парафинистых включений в высокопарафинистых битумах // Труды Одесского политехнического университета. – 2000. – Вып. 2(11). – С. 198-202.

6. Особенности акустического способа приготовления СОЖ и его применение в машиностроении / Назаренко А.Ф., Козовый С.И., Слиозберг Т.М., Назаренко А.А. // Вісн. Інж. акад України. – 2001. – № 3. – С. 365 –368.

7. Назаренко А.А. Автоколебания кольцевой затопленной струи жидкости,

натекающей на плоскую преграду // Сб. трудов VI сессии Российского акустического общества. – М.: МГГУ. – 1997 – С. 419 – 422.

8. Назаренко О.А. Про автоколивання аксіально–симетричних затоплених струменів рідини, що натікають на плоскі перешкоди // Наука і освіта: Зб. наук. пр. / АН вищої шк. України. – К., 1997. – Кн. 3. – С. 160 –163.

9. Назаренко А.Ф., Слиозберг Т.М., Назаренко А.А. Спектральные характеристики акустического сигнала, генерируемого звукообразующим элементом кавитационной природы // Сб. трудов Х сессии Российского акустического общества. – М.: ГЕОС. – 2000. – Т. 2 – С.119 – 123.

10. Назаренко А.Ф., Слиозберг Т.М., Назаренко А.А. Расширение турбулентной струи в звукообразующем элементе гидродинамического излучателя // Тез. докл. Междунар. конф. Ультразвук. технол. процессы – 2000. – Северодвинск: Север. науч.–техн. компания, 2000. – С. 80 – 82.

11. Investigation of Process for Nanopowder Oxide Metal Application with Using of Acoustic Waves Energy / А. N. Zolotko, A. A. Nazarenko, I. N. Pokora and other // 3-rd Europ. Congr. of Chem. Eng. Nurember, 26-28 June 2001. wysiwyg: // menu.text.4/file:/D|/pages/269/htm.

12. Назаренко А.Ф., Слиозберг Т.М., Назаренко А.А. О конфигурации вихря в звукообразующем элементе гидродинамической излучающей системы // Сб. трудов ХI сессии Российского акустического общества. – М.: ГЕОС. – 2001. – Т. 2 – С.239 – 243.

13. Nazarenko A.F., Nazarenko A.A. Hydrodynamic Sound Origination and the Problem of Some Technological Processes Intensification within Powerful Acoustic Fields // Nonlinear Acoustics at the Beginning of the 21st Century. – V. 2. – Moscow, Russia, 2002. P. 1083 – 1086.

14. Назаренко А.Ф., Слиозберг Т.М., Назаренко А.А. Исследование среднего давления в звукообразующем элементе гидродинамической излучающей системы // Сб. трудов XIII сессии Российского акустического общества. – М.: ГЕОС. – 2003. – Т. 2. – С. 271 –274.

15. Назаренко А.Ф., Слиозберг Т.М., Назаренко А.А. О процессах, происходящих в звукообразующем элементе гидродинамической излучающей системы // Сб. трудов XVI сессии Российского акустического общества. – М.: МГГУ. – 2005.

16. Деклараційний патент на корисну модель 15598, Україна, МПК (2006) В 05 В 17/04. Спосіб нанесення покриття / А.Н. Золотко, О.А. Назаренко, А.Ф. Назаренко, М.І Полєтаєв. – № u 2005 12238; Заявлено 19.12.2005.