Кравченко Николай Юрьевич, Компьютерное моделирование акустической кавитации в жидкостях, 2022-02-24

Компьютерное моделирование акустической кавитации в жидкостях Кравченко Николай Юрьевич, доцент Института физических исследований и технологий факультета физико-математических и естественных наук РУДН. Сегодня наблюдается устойчивая тенденция к расширению сферы применения мощного ультразвука, совершенствуется оборудование и соответствующие ему технологические процессы. Ключевую роль в этих процессах играет кавитация - появление в жидкостях паровых и газовых пузырьков (каверн), их рост, пульсации и схлопывание под действием переменного давления (акустического давления). Значимость практического применения кавитации под действием переменного давления акустической частоты (акустической кавитации) едва ли можно переоценить. Здесь и получение ультрадисперсных металлических порошков, используемых для производства деталей машин; и применение струй перегретой жидкости для очистки поверхностей; распыливание жидких топлив в ракетных двигателях, служащая для улучшения качества топлив и многое другое. Ещё большую значимость имеет применение ультразвуковой кавитации в медицине. Это ультразвуковая нейрохирургия, УЗ-хирургия, повышение противоопухолевой эффективности лекарственных веществ, в том числе при лечении онкологических заболеваний. Однако практическое внедрение новых ультразвуковых технологий сдерживается тем, что законы развития кавитации изучены недостаточно, а литература по этой тематике противоречива. В данной работе проводится исследование акустической кавитации в жидкостях путём анализа уравнений теории зародышеобразования. Уравнения решаются численно, в результате чего создаётся компьютерная модель акустической кавитации, позволяющая исследовать явление при любых заданных условиях. Целью данной работы является создание модели акустической кавитации в жидкостях. Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи: рассматривается кинетика гомогенной нуклеации зародышей пара; определяются условия термодинамической устойчивости жидкости; создается математическая модель акустической кавитации в жидкостях; создается программа для численного решения основного уравнения кавитации; по результатам работы программы проводится исследование динамики зародышей гомогенной нуклеации под действием импульсов давления различной формы; исследуются процессы, протекающие под действием мощных импульсов тока (искровая кавитация); рассчитать максимальные температуры и давления, возникающие в кавитационных пузырьках при таких процессах. Computer simulation of acoustic cavitation in liquids Kravchenko Nikolai Yuryevich, associate professor of the Institute of Physical Research and Technology of the Faculty of Physics, Mathematics, and Natural Sciences of the RUDN University. There is a steady trend towards expanding the scope of high-power ultrasound, improving equipment, and the corresponding technological processes today. An essential role in these processes is played by cavitation - the appearance of vapor and gas bubbles (caverns) in liquids, their growth, pulsations, and collapse under the action of variable pressure (acoustic pressure). The significance of the practical application of cavitation under the influence of a variable pressure of acoustic frequency (acoustic cavitation) can hardly be overestimated. Here is the production of ultrafine metal powders used for the production of machine parts; the use of jets of superheated liquid to clean surfaces; atomization of liquid propellants in rocket engines, which serves to improve the quality of propellants, and much more.