Способ определения порога акустической кавитации в жидкости Советский патент 1993 года по МПК G01N29/02 

Изобретение касается исследований и анализа физических свойств жидкости, относится к методам исследований акустической кавитации, предназначено для исследований жидкости углеводородных горючих и может быть использовано в авиационной, химической и судостроительной отраслях промышленности, а также в области контрольно-измерительной техники.

Известен способ определения физических свойств жидкостей, заключающийся в том, что в исследуемой жидкости возбуждают упругую волну, регистрируют волну, отраженную от границы твердая поверхность - жидкость, измеряют давления в возбуждаемой и отраженной упругих волнах и по отношению этих давлений судят о свойствах исследуемой жидкости.

Известный способ имеет низкую надежность определения порога акустической кавитации при исследовании жидкостей с различными величинами газосодержания, что определяется различным характером зависимости порогового значения звукового давления от количества растворенных в жидкости газов.

Известен способ, включающий генерирование в жидкости акустической волны частоты f с линейно нарастающей амплитудой звукового давления, непрерывное измерение амплитуды звукового давления и регистрацию величин низкочастотных соVJ

ю ел со

CS 00

ставляющих в спектре акустического сигнала.

Известный способ основан на зависимости между количеством растворенных в жидкости газов и мощностью ультразвуковых колебаний, необходимой для начала кавитации. При определенном пороговом значении мощности акустического сигнала в жидкости происходит процесс кавитации и образуются зарезонансные каверны, нелинейность колебаний которых приводит к резкому возрастанию в акустическом спектре принимаемого сигнала, низкочастотных составляющих..

Недостатком известного способа является низкая надежность определения порога акустической кавитации для насыщенных и перенасыщенных газом жидкостей, так как в этом случае зависимость порога акустической кавитации от количества растворенных газов выражена очень слабо. При небольшой скорости нарастания амплитуды звукового давления Р в исследуемой жидкости уровень низкочастотных составляющих медленно возрастает, а затем, при определенном звуковом давлении, скорость роста уровня низкочастотных составляющих резко увеличивается, т.е. имеет место различный темп нарастания уровня низкочастотных составляющих. Описанный характер поведения низкочастотных составляющих приводит к низкой надежности установления для исследуемой жидкости единого для разных газо- содержаниях уровня дискриминации низкочастотной составляющей, что и обуславливает низкую надежность определения порога акустической кавитации жидкости с любым газосодержанием.

Отмеченный недостаток устранен в известном способе определения порога акустической кавитации в жидкости. Этот способ заключается в том, что возбуждают в жидкости на фиксированной частоте f акустические колебания, увеличивают их амплитуду по линейно нарастающему закону, принимают акустические колебания и измеряют величину их давлений, причем определяют значение амплитуды субгармонической составляющей принятых акустических колебаний на частоте 1 /2f, а измерение величины звукового давления осуществляют в момент скачкообразного нарастания субгармонической составляющей частоты 1 /2f, по которой определяют искомый параметр.

Проведенные исследования показали, что повышение надежности определения порога акустической кавитации с помощью известного способа по авт.св. № 1308005 определяется в основном за счет следующих факторов:

исключается необходимость анализа широкополосного спектра кавитационного акустического излучения и проводится наблюдение лишь за поведением субгармони- ческой составляющей частоты 1/2f, что снижает влияние субъективных факторов на процесс определения порога акустической кавитации;

субгармоническая составляющая часто- ты 1 /2f имеет самую большую амплитуду из всех субгармонических составляющих спектра, что в значительной степени облегчает анализ ее поведения и, как следствие, повышает надежность определения порога аку- стической кавитации;

скачкообразное нарастание амплитуды субгармонической составляющей частоты 1/2f исключает случайные погрешности (промахи) определения момента времени наступления кавитационного процесса, т.е. повышается надежность определения искомого параметра.

Недостаток известного способа - низкая чувствительность в расширении диапа- зона амплитуд звукового давления. Причина этого недостатка обусловлена тем, что амплитуда субгармонической составляющей частоты 1 /2f существенно меньше амплитуды некоторых других составляющих акустического спектра.

Цель предлагаемого изобретения - повышение точности.

Поставленная цель достигается тем, что в жидкости на фиксированной частоте воз- буждают акустические колебания с линейно нарастающей амплитудой, принимают прошедшие через жидкость колебания на частоте отличной от фиксированной, измеряют их амплитуду и в момент ее скачкообразного

изменения определяют звуковое давление,

соответствующее порогу акустической кавитации, по величине которой судят о свойствах жидкости, при этом звуковое давление определяют в момент скачкообразного из- менения амплитуды колебаний на частоте, в два раза превышающей частоту возбуждения.

Пример конкретного выполнения. в ходе разработки предполагаемого изобретения авторами были проведены экспериментальные исследования по определению порога акустической кавитации в соответствии с формулой изобретения, Экс- периментальные исследования проводились для двух проб дистиллированной воды. Газосодержание а первой пробы составляло 18,88 мм3 на см3 воды, второй пробы - 2,34 мм3 газа на см3 воды. Пробы с указанным газосодержанием заливали в полый излучэтель и, используя последовательность всех технологических операций, составляющих предлагаемый способ, определяли пороги акустической кавитации.

Изобретение касается исследований и анализа жидкостей с помощью звуковых и ультразвуковых колебаний и может быть применено в областях народного хозяйства, использующих жидкие углеводородные горючие. Цель изобретения - повышение точности достигается тем, что в жидкости на фиксированной частоте возбуждают акустические колебания с линейно нарастающей амплитудой, принимают прошедшие через жидкость колебания по частоте отличий от фиксированной, измеряют их амплитуду и в момент ее скачкообразного изменения определяют звуковое давление, соответствующее порогу акустической кавитации, по величине которой судят о свойствах жидкости, при этом звуковое давление определяют в момент скачкообразного изменения амплитуды колебаний на частоте, в два раза превышающей частоту возбуждения. 6 ил. fc

Формула изобретения Способ определения порога акустической кавитации в жидкости, заключающийся в том. что в жидкости на фиксированной частоте возбуждают акустические колебания с линейно нарастающей амплитудой, принимают прошедшие через жидкость колебания на частоте, отличной от фиксированной, измеряют их амплитуду и в момент

О Ј0 100 150 200 250 300 350

1 - субгармонкка частоты I/2f (5 кГц)

2 - супергарконика частоты 2/ (20 кГц)

Гкг.1

О ---5ГКС 150 200 250 300 350 f, кГц 5 - субгармоника частоты 1/2f (5 кГц) 5 - супергармоника частоты 2f (20 ьТц

фиг.З

ее скачкообразного изменения определяют звуковое давление, соответствующее порогу акустической кавитации, по величине которой судят о свойствах жидкости, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, звуковое давление определяют в момент скачкообразного изменения

амплитуды колебаний на частоте, в два раза превышающей частоту возбуждения.

/, кГц

5075 100. 125 150 175 Р.кПа о - субгармоническая составляющая частоты 1/2/ х - сулергармсничес.кая состав. частоты 2/ л - cyneprapi/онкческая составляющая частоты 3f

Фиг. 5