с этим существенное значение приобретают ЭГД-эффекты, обусловленные как наличием роз=70, так и тем, что в рассматриваемой нами двухфазной системе диэлектрическая постоянная жидкости может изменяться скачком в очень больших пределах. Так, если в области сплошной водной среды еж = 80, то в парогазовых пузырьках ег= 1.

Возникновение !эгд (по 2.22) способствует дополнительному вихреобразованию, пульсации пузырьков газа и дегидратации частиц. В силу сложности количественной оценки объемных зарядов, возникающих в жидкости, и нестационарности процессов в данной работе проведена только качественная оценка этих явлений при гидродинамической кавитации в неоднородных магнитных полях.

Рассмотрим процессы, приводящие к изменению хода гидродинамической кавитации.

Одной из важнейших для практики величин, характеризующих гидродинамическую кавитацию, является критическое давление Ркр. До последнего времени за критическое давление принимали давление насыщенных паров рап- Однако для реальных технических вод критическое давление, при котором возникает кавитация, зависит от газосодержания и может быть аппроксимировано выражением [106]

Ркр = {ро л/2. + Рпп)/{ 1 + л/2. (2.37)

где аг = Ссв/см. р- В неподвижной жидкости или в потоке с относительно малыми скоростями концентрация свободного газа ничтожна (ai = 10~-10 °) и ркр=Рнп. При возникновении интенсивного конвективного движения жидкости и в особенности при вихревом характере потока концентрация свободного газа уже при докавитационных режимах течения и при относительно невысоких скоростях увеличивается на несколько порядков [47]. Так, при ch,= 10-2, = 20°С, ра=105 Па, ршг=2.103 Па и по (2.37) р р= = 1,6.10 Па, что на порядок выше Рнп-

Такое увеличение концентрации свободного газа обусловлено конвекцией жидкости, интенсифицирующей массоперенос газа из жидкости в объем микропузырька (турбулентная диффузия) и понижением давления в центре вихревых структур, что ведет к возникновению эффекта засасывания газа в центр вихрей. Чем интенсивней идет процесс вихреобразования в жидкости, тем больше областей с пониженным давлением и тем выше концентрация свободного газа и больше количество зародышей кавитации в потоке независимо от того, что послужило причиной вихреобразования.

По-видимому, дополнительным источником возникновения зародышей кавитации в объеме является эффект дегидратации при

РМГДТО.2.

Так как наличие несмачиваемых поверхностей интенсифицирует возникновение кавитационных эффектов [18, 83], оно может быть дополнительным источником повышения ркр.

Возникновение МГД и ЭГД-эффектов в области гидродинамической кавитации приводит к увеличению концентрации свободного газа, увеличению критического давления и снижению критических скоростей кавитации.

Воздействие неоднородных магнитных полей должно изменить протекание необратимых физико-химических явлений и в первую очередь гетерогенных процессов в областях II и III. Возникновение турбулентной диффузии увеличивает на много порядков скорость доставки газа из объема жидкости к поверхности микропузырьков. Эффект локальных дегидратаций ионов и частиц обусловливает интенсификацию процессов микрокристаллизации. В зоне кавитации идет интенсивное выделение свободного газа и пара, возникают вибрации жидкости и элементов конструкций в широком спектре частот, развиваются электрические разряды, когда напряженность электрического поля на границах пузырьков при коллапсировании достигает 10-10 В/м, возникают микронагревы жидкости [83, 89]. В проточных средах вследствие высокоэнергетических реакций могут образовываться свободные радикалы, атомарный кислород, перекиси, азотистые соединения, происходит коагуляция, в жидкость попадают продукты эрозионного разрушения. При гидродинамической кавитации большой размер развивающихся пузырьков и каверн (до единиц - десятков мм) затрудняет их унос жидкостью из зоны пониженных давлений в область больших давлений, где происходит коллапсирова-ние пузырьков. При коллапсе пузырьков малого размера (порядка 10-100 мкм) при малом содержании воздуха в них идет интенсивная химическая реакция, аналогичная плазменному разряду. Наличие неоднородных магнитных полей приводит к повышению неустойчивости каверн [ИЗ], их распаду и созданию в области II системы мелкомасштабных вихрей и пузырьков. Интенсивное вих-реобразование в пограничных слоях (см. рис. 2.17) способствует уносу пузырьков газа в область III, в связи с чем функции химического реактора несут области II и III. Так как в центре вихрей давление понижено, вихри как бы консервируют газовые пузырьки малого размера. Совокупность возникающих в потоке необратимых изменений можно представить как память жидкости об оказанном на нее физическом воздействии. По-видимому, в неоднородных магнитных полях изменяется характер гидродинамической кавитации, что приближает ее к акустической.

Принципиальным отличием рассматриваемых нами явлений является то, что все возникающие эффекты обусловлены энергией гидродинамического потока, а при акустической кавитации энергия подводится от внешнего источника через электроакустические преобразователи.

Полученные выше результаты позволяют считать, что воздействие неоднородными магнитными полями на процессы, протекающие при гидродинамической кавитации, может стать новым эффективным способом магнитогидродинамической активации водных систем.

Вместе с тем анализ экспериментальных результатов по воздействию магнитных полей на природные воды [82, 130] показал, что наибольшие необратимые физико-химические изменения свойств водных систем происходят при выполнении условий турбулентного режима течения (RORckp) гидродинамической кавитации, наличия неоднородных магнитных полей в области пограничных слоев жидкости с gradBO.l-l Тл/см, причем наибольшие значения напряженности должны наблюдаться на границе твердое тело-жидкость (50,01-1 Тл). Отсутствие турбулиза-ции и особенно гидродинамической кавитации может приводить к тому, что эффектов даже при значительной магнитной индукции не будет.

Следует отметить, что в [140] при измерениях исходной концентрации свободного газа в природных водах получены значения, на несколько порядков превышающие данные, приведенные в [47], что позволяет ожидать еще большего влияния магнито-гидродинамической активации природных вод (МГДА ПВ).

Визуальные наблюдения изменения структуры потока. Экспериментальные исследования физических явлений в протоке электролита в магнитных полях обычно связаны с целым рядом методических трудностей. Так, даже хорошо известное из теории явление возникновения в потоке поперечной разницы потенциалов Дып, пропорциональной В, расстоянию между электродами b и скорости V, коэффрщиенту пропорциональности к:

ы = kBbV (2.38)

на практике трудно реализуется вследствие того, что контактные, поляризационные и диффузионные процессы могут создавать значение потенциалов на порядок больше, чем измеряемые значения и . Эти эффекты и обусловливают нестабильность работы расходомеров на постоянных магнитах [39, 144, 152]. Поэтому представляют особый интерес экспериментальные исследования, где реализованы прямые визуальные наблюдения. Приведем два примера.

В цилиндрической стеклянной трубе, введенной между полюсами магнита, имеющей внутренний диаметр 107 мм и длину 1 м, устанавливался обтекаемый круглый цилиндр из нержавеющей стали диаметром 40 мм [34]. Цилиндр с помощью пластилина крепился к стенкам трубы (рис. 2.18). Для создания большего значения а (33,65 См/м) в опыте был использован водный 20 %-ный раствор NH4CI. Визуализация проводилась водным раствором К2МПО4, который из стеклянного капилляра диаметром 1 мм вводился в поток. Изменения структуры потока приведены на рис. 2.19. С ростом скорости (Re<240) струйка вытягивалась за цилиндром; при 240Re<600 и /о=2н-3 наступало интенсивное вихреобразование, струйка закручивалась винтообразно, а затем в потоке распадалась и размывалась по объему жидкости. При В=1 Тл скорость вихрей изменялась, размер вихря уменьшался, появлялись вихри плоские, параллельные магнитному