Анотація до роботи:

Мартинюк О. Я. Гідродинаміка кавітаційного пухирця поблизу поверхні виробу, що очищується. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 01.02.05 – Механіка рідини, газу та плазми. Національний технічний університет України «КПІ», Київ, 2004.

Використовуючи метод віддзеркалення гідродинамічних джерел, що моделюють пухирець, від граничних поверхонь, з урахуванням допущень про ідеальність рідини, потенційності течії та нехтуючи силами тяжіння, створена нова тривимірна модель динаміки розвитку кавітаційного пухирця з урахуванням впливу сусідніх пухирців і граничних поверхонь різної жорсткості і кривизни.

На підставі проведеного аналітичного дослідження складені практичні рекомендації і методики розрахунку режимів роботи кавітаційних ванн при очищенні виробів складної форми, що дозволяють досягти максимально швидкого руйнування заданого забруднення при мінімальному руйнуванні складної поверхні виробу і при цьому уникнути появи паразитних резонансів у технологічному й оброблюваному устаткуванні.

У роботі представлено теоретичне узагальнення і рішення науково-технічної проблеми, що полягає в розкритті механізму і розробці інженерних методів розрахунку динаміки розвитку кавітаційних пухирців в обмеженому просторі з метою підвищення ефективності технологічного процесу кавітаційного очищення виробів складної форми шляхом створення необхідної структури мікропотоків, що руйнують. Розроблені методики і рекомендації дозволяють досягти максимальної швидкості кавітаційного руйнування забруднення при мінімальному руйнуванні поверхні, що очищується.

На підставі проведених досліджень можна зробити наступні висновки:

1. Уперше розрахунковим шляхом визначений вплив зміни макропараметрів роботи кавітаційної ванни на структуру мікропотоків, що руйнують, в області між кавітаційним пухирцем і поверхнею, що очищується, що дозволило підвищити ефективність технологічного процесу кавітаційного очищення виробів складної форми. При цьому час очистки годинникових механізмів зменшився на 10-30 %.

2. Використовуючи метод відображень гідродинамічних джерел, що моделюють пухирець, від граничних поверхонь вдалося визуалізувати і визначити поля відносних швидкостей мікропотоків рідини в околиці кавітаційного пухирця, що розвивається в обмеженому просторі, що дозволило, з урахуванням допущень про ідеальність рідини, потенційності течії та нехтуючи впливом сил тяжіння, створити нову тривимірну модель, що дозволяє моделювати динаміку розвитку кавітаційного пухирця з урахуванням впливу сусідніх пухирців і граничних поверхонь різної жорсткості і кривизни.

3. Розроблена динамічна модель додатково дозволяє виконати розрахунок ударних тисків на граничні поверхні і полів швидкостей рідини в їхній околиці, що дозволяє аналітично підібрати параметри кавітаційного поля з урахуванням форми поверхні, що очищується.

4. Аналітичне дослідження кавітаційної активності пухирців в околиці «твердої» поверхні (на відстані від 1 до 3.5 радіусів) та у «твердій» щілині (шириною від 2 до 7 радіусів) показало резонансний характер розвитку пухирців у звуковому полі, обґрунтувало можливість виділення переважних «резонансних» пухирців, що визначають кавітаційну ерозію в заданому кавітаційному полі. Це дозволило при розрахунку акустичної кавітації в десятки разів знизити витрати машинного часу шляхом обмеження діапазону розмірів пухирців.

5. Аналітичне дослідження проведене в діапазоні статичного тиску від 0.1 до 0.2 МПа, на частоті 35 кГц та в діапазоні акустичного тиску від 0,01 до 0,02 МПа, показало, що розмір «резонансного» пухирця мало залежить від амплітуди акустичного тиску, геометрії поверхні, що очищується, і відстані до неї, але сильно залежить від змін статичного тиску.

6. Представлені моделі динаміки кавітаційних пухирців дозволили розробити методики розрахунку режимів роботи кавітаційних ванн при очищенні виробів складної форми. Представлені методики дозволяють визначити необхідні параметри ультразвуку (частоту й амплітудний тиск), статичний тиск і тип робочої рідини для максимально швидкого руйнування заданого забруднення при мінімальному руйнуванні складної поверхні виробу.

7. Вперше досліджено резонансні явища, що виникають при захлопуванні кавітаційних пухирців в обмеженому просторі. А саме при очищенні годинникових механізмах з резонансними розмірами (товщина колес та зазорів) близькими до розміру резанансного пухирця – від 70 до 200 мкм. Розроблено методику боротьби з паразитними резонансами в технологічному устаткуванні та деталях, що оброблюються. Розроблена «Методика ультразвукового кавітаційного очищення деталей годинникових механізмів при надлишковому тиску» прийнята для практичного використання на ТОВ «Київський годинниковий завод». На СП «Арсенал-Луч» Київського заводу «Арсенал» і Мінського годинникового заводу «Луч», з метою зниження браку при очищенні деталей і вузлів годинникових механізмів, впроваджено спроектовану ультразвукову кавітаційну кювету надлишкового тиску. Це дозволило повністтю ліквідувати брак деталей при очистці, які до впровадження становили від 3 до 5 %.

8. Достовірність отриманих результатів і запропонованих рекомендацій підтверджена порівнянням з експериментальними результатами, отриманими різними авторами, і практичним впровадженням основних положень дисертаційної роботи. Аналіз адекватності показав, що для пухирців, для яких безрозмірна відстань до граничної поверхні знаходилась в межах від 1.67 до 3.17, розкид розрахункових і експериментальних значень лінійних розмірів пухирця до утворення рідинних струменів не перевищує 5-10 %, після утворення струменя – до 40 %. Із збільшенням безрозмірної відстані адекватність моделі зростає.

9. Подальший розвиток запропонованих моделей і методик передбачається в наступних напрямках:

перехід від ідеальної рідини до реальних;

розширення зони адекватності моделі в область менш сферичних пухирців;

урахування динаміки руху газів усередині пухирця;

аналіз вільних коливань пухирця при постійному об'ємі.

Публікації автора:

1. Мартынюк А. Я. Обзор исследований динамики кавитационного пузырька. // Вибрации в технике и технологии.- 2003.- № 3(29).- С.19-25.

   Луговской А.Ф., Мартынюк А.Я. Математическое моделирование поля отностительных скоростей кавитационных микропотоков в ограниченном пространстве. // Промислова гідравліка і пневматика. - 2003. - №2. - С. 38-42.

   У спільній з керівником роботі методика візуалізації і визначення поля відносних швидкостей при розвитку кавітаційних пухирців для всіх зазначених видів обмеженого простору розроблена автором особисто на підставі аналізу доступного в літературі експериментального матеріалу.

   3. Луговской А.Ф., Мартынюк А.Я. Аналитическое исследование динамики кавитационного пузырька в ультразвуковом поле в условиях ограниченности пространства. // Вісник СумДУ. “Технічні науки”. – 2003. – № 13(59). – С. 48-53.

   При проведенні разом з керівником аналітичного дослідження динаміки розвитку кавітаційних пухирців в обмеженому просторі, безпосередньо здобувачем проведене чисельне моделювання, безпосередній розрахунок параметрів захлопування пухирців і обробка результатів дослідження.

   4. Мартынюк А. Я. Развитие в слое жидкости кавитационного кластера под действием ультразвука. // Вестник НТУУ «КПИ». Машиностроение. - 2000. - Т. 2, № 38. - С. 169-171.

   5. Мартынюк А. Я. Метод отражений в модели захлопывания кавитационного пузырька в ограниченном пространстве // Вестник НТУУ «КПИ». Машиностроение.- 2002.- Т.1, №42.- С. 134-139.

   6. Мартынюк А. Я. Анализ адекватности модели развития кавитационных пузырьков. // Вестник НТУУ «КПИ». Машиностроение. - 2003. - № 44. - С. 240-242.

   7. Martynyuk A. Dynamic of development of cavitational bubble in restricted space. // Fifth International Symposium on Cavitation. - Osaka (Japan), 2003.