Паливо для карбюраторних двигунів. Підвищення октанового числа бензину

Зміст

Вступ

1. Аналіз виробничо-економічної діяльності

1.1 Загальні відомості про господарство

1.2 Розміри підприємства, спеціалізація і ефективність сільськогосподарського виробництва

2. Мета і задачі дослідження

3. Теоретичні передумови

3.1 Загальні умови

3.2 Розробка технології отримання сумішного бензину

4. Методика експериментального дослідження

4.1 Розрахунок гідродинамічного диспергатора для отримання сумішного бензину

4.2 Методика проведення випробувань

4.3 Програма проведення випробувань

5. Результати досліджень

5.1 Оцінка впливу змішаного бензину на безвідмовність роботи двигуна

5.2 Оцінка впливу використання сумішного бензину на вміст шкідливих домішків у повітрі кабіни автомобіля

5.3 Оцінка впливу сумішного бензину на довготривалість роботи двигуна

5.4 Результати впливу величини напрацювання двигунів на сумішному бензині на технічний стан паливної апаратури

5.6 Результати проведених випробувань сумішного бензину

5.7 Результати досліджень впливу високооктанової кисневмісної добавки

6. Охорона праці

6.1 Загальні положення

6.2 Технічні заходи при роботі установки

7. Бізнес-план на виробництво сумішного бензину

7.1 Резюме

7.2 Характеристика розробки

7.3 Оцінка ринку збуту

7.4 Конкуренція

7.5 Стратегія маркетингу

7.6 План виробництва

7.7 Організаційний план

7.8 Оцінка ризику і страхування.

7.9 Фінансовий план

7.10 Стратегія фінансування

Висновки

Рекомендації

Література

Додатки

Реферат

Об’єктом дослідження в дипломній роботі є паливо для карбюраторних двигунів.

Метою проведення дослідів є збільшення октанового числа бензина підвищення екологічності. Дослідження на якісних характеристиках та вплив змішаного палива на роботу та надійність двигунів проводили на підконтрольній групі автомобілів у різних умовах. В результаті проведених дослідів встановлено, що використання змішаного палива не погіршує роботу двигунів, потужність двигунів збільшується на 2,5%, витрата палива зменшується до 3%, зменшується вихід шкідливих газів в атмосферу.

Первинне змішування бензину відбувається в дозаторі ежекторного типу, а потім кінцеве змішування в гідродинамічному кавітаторі.

Описане пристосування в умовах малих та великих агровиробництв. Впровадження запропонованої технології є доцільним і обґрунтованим, про свідчать розрахунки економічної ефективності.

Виконана робота містить: сторінок розрахунково-пояснювальної записки, таблиць, формул, та 6 аркушів графічної частини формату А-1.

Ключові слова: Бензин, обладнання, диспергування, готова продукція, високооктановий кисневовмісний домішок, кавітатор

Перелік умовних позначень

а_с - швидкість розповсюдження звуку, м²;

h - змінна, яка в подальшому полі може бути відображена у тиску, Па;

T - температура, ⁰С;

S - ентропія пневмозвукового тиску, Па;

х - об’єм в середині струї, м³;

U₀ - середня швидкість струменя, м/с;

r - радіус сопла, град;

l - відстань від сопла до перешкод, мм;

ρ - щільність рідини, кг/м³.;

Q - витрата рідини, л/хв;

Кчт - коефіцієнт частоти травматизму;

Р - кількість працівників, люд;

Н-5 - акт нещасного випадку.

Вступ

Матеріально-технічна база підприємств дозволяє впровадженню і використанню палива із вмістом високооктанової кисневовмісної добавки. Це дозволить забезпечити використання високоякісного палива автомобілями які працюють на карбюраторних двигунах.

Параметри які впливають на процес змішування: фізико-хімічні властивості компонентів, що змішуються: конструктивні параметри установки; тиск під яким відбувається процес диспергування суміші.

Різноманіття приведених параметрів що впливають на процес змішування, визначає необхідність роздільного і комплексного вивчення їх впливу на процес змішування.

В Україні знаходиться близько 90 спиртових заводів загальною потужністю 970 млн. л спирту в рік. Щорічна потреба внутрішнього ринку складає не більше 300 млн. л спирту, причому працює тільки половина заводів, які освоїли виробництво ВКД і готові виробляти більш ефективну збагачену добавку до палива - етил третбутиловий ефір без капітальних вкладів. В результаті втілення запропонованої технології Україна може вирішити декілька задач: екологічну - знизити кількість викидів шкідливих газів у атмосферу, економічну, соціальну.

1. Аналіз виробничо-економічної діяльності 1.1 Загальні відомості про господарство

ПСП "Україна" с. Кинашів розташоване в центральній частині Тульчинського району Вінницької області. Відповідно до схеми агрокліматичного районування України територія господарства "Україна" с. Кинашів належить до помірно-вологої теплої зони, яка характеризується помірно-континентальним кліматом.

Середньорічна температура повітря у межах агрокліматичного району складає 7,0…7,6⁰С абсолютна мінімальна температура від мінус 23,0 до мінус 26,0⁰С, абсолютна максимальна +32 ⁰С^. останні заморозки бувають у квітні місяці.

За даними метеорологічної служби середньорічна сума опадів становить 485-519 мм, з яких близько 80% припадає на період вегетації рослин, він складає 100-205 днів. Кліматичні умови сприятливі для вирощування сільськогосподарських культур. Найбільші площі займають сірі (55%), темно-сірі (35%) та лісові ґрунти, в яких вміст гумусу становить 1,85-2,77%. За реакцією ґрунти поділяються на середньо кислі, слабо кислі та нейтральні. Площа сільськогосподарських угідь 2184 га. Середньорічна чисельність працівників 50 чоловік.

Підприємство складається з трьох садиб, які розташовані в селі Нестерварка, с. Мазурівка, с. Кинашів. Центральною садибою вважається с. Кинашів. Відстань до найближчої залізничної дороги 15 км, яка знаходиться в с. Журавлівка, де знаходиться Журавлівське хлібоприймальне підприємство. До найближчого цукрозаводу в смт Кирнасівка - 15 км де знаходиться ВАТ “Кирнасівський цукрозавод", до Тульчинського маслозаводу відстань складає 2 км.

Тривалість без морозного періоду складає: повітря - 205 днів, поверхні

ґрунту 164 дня. Температурні умови району в загальному є сприятливими для сільського господарства.

Природно-кліматичні умови дозволяють вирощувати більшість районованих сільськогосподарських культур.

Склад і структура земельних угідь дозволяє господарству ефективно розвивати свою виробничу діяльність.

Впровадження комплексної механізації сільськогосподарського виробництва, сучасних інтенсивних технологій вирощування сільськогосподарських культур, застосування передових технічних засобів в ПСП “Україна” сприяє ефективному використанню виробничих ресурсів і підвищенню потенціалу підприємства.

1.2 Розміри підприємства, спеціалізація і ефективність сільськогосподарського виробництва

Розміри сільськогосподарського підприємства характеризуються наступними основними показниками:

площа сільськогосподарських угідь;

чисельність робітників, зайнятих у виробництві;

середньорічна вартість основних виробничих фондів;

Розміри підприємства оцінюють по вартості валової і товарної продукції.

Основні показники, які характеризують розміри підприємства приведені в таблиці 1.1

Таблиця 1.1 Розміри сільськогосподарського підприємства та забезпеченість виробничими ресурсами

Показники	2004 р.	2005 р.	2006 р.	2006р. у% до 2004 р.
1	2	3	4	5
1. Площа с. г. угідь, га у т. ч. рілля	2310,13 2291,93	2157,68 2157,68	2183,89 2183,89	094,54 095,29
2. Валова продукція, тис. грн.	1484,00	1040,30	1370,10	092,32
3. Середньорічна чисельність працівників, зайнятих в с. г. виробництві, чол.	0096	0068	0050	052,08
4. Середньорічна вартість основних виробничих фондів, тис. грн. в т. ч. на 100 га с. г. угідь на 1 середньорічного працівника, зайнятого в с. г. виробництві	2370,00 0102,59 0024,69	2190,40 0101,52 0032,21	2334,00 0106,87 0046,68	098,48 104,17 189,08
5. Всього енергетичних ресурсів, к. с. в т. ч. на 100 га с. г. угідь на 1 середньорічного працівника зайнятого в с. г. виробництві	5631,01 0243,75 0058,66	4638,00 0214,95 0068,21	4443,10 0203,45 0088,86	078,90 083,47 151,50
6. Наявність в господарстві, шт: тракторів комбайнів автомобілів	0019 0006 0014	0017 0005 0012	0017 0003 0010	089,47 050,00 071,43

Аналізуючи дані таблиці 1.1 ми бачимо, що господарство відноситься до середніх за розміром. Площа ріллі у 2006 р. склала 2183,89 га. Валова продукція господарства з року в рік зменшується. Так, в 2004 році вона складала 1484 тис. грн., а в 2006 році 1370 тис. грн., тобто зменшилась на 8,7%. В господарстві зменшується забезпеченість виробничими ресурсами. Так, за аналізуємий період середньорічна вартість основних виробничих фондів зменшилась на 1,5%, енергетичні ресурси зменшились на 11,1%. В господарстві зменшується забезпеченість тракторами, комбайнами та автомобілями внаслідок їх фізичного зношування.

Таблиця 1.2 Вартість та структура товарної продукції сільськогосподарського підприємства

Показники	2004 р.		2005 р.		2006 р.		В середньому в 2004-2006 рр.
	Тис. грн	%	Тис. грн	%	Тис. грн	%	Тис. грн	%
Рослинництво разом у т. ч. зерно насіння соняшника цукровий буряк інша продукція	1137,4 0930,9 0111,7 0040,0 0054,8	083,95 068,71 008,24 002,95 004,04	0919,5 0757,8 0076,4 0085,3	083,88 069,13 006,97 007,78	1100,4 0911,0 0170,6 0009,8	088,05 072,89 014,37 000,78	1052,43 0866,57 0122,57 0013,33 0049,97	085,31 070,25 009,94 001,08 004,05
Тваринництво разом Скотарство всього у т. ч. м'ясо ВРХ молоко м’ясо свиней інша продукція Разом Продукція промислової переробки, роботи і послуги на сторону Всього по господарству	0177,4 0154,2 0118,3 0035,9 0009,1 0014,1 1314,8 0040,0 1354,8	013,09 011,38 008,73 002,65 000,67 001,04 097,05 002,95 100,00	0118,7 0104,8 0077,3 0027,5 0008,9 0005,0 1038,2 0058,0 1096,2	010,83 009,56 007,05 002,51 000,81 000,46 094,71 005,29 100,00	0073,5 0066,2 0052,9 0013,3 0003,0 0004,3 1173,9 0075,9 1249,8	005,88 005,30 004,23 001,06 000,24 000,34 093,93 006,07 100,00	0123, 20 0108,40 0082,83 0025,57 0007,00 0007,80 1175,63 0057,97 1233,6	009,99 008,79 006,71 002,07 000,57 000,63 095,30 004,70 100,00

Аналізуючи показники таблиці 1.2, видно, що в господарстві суттєвим чином змінюється його спеціалізація. Так в 2004 році питома вага продукції тваринництва в структурі виручки від реалізованої продукції складала 13,09%, а у 2006 році - 5,88%. Це зниження відбувається внаслідок збитковості галузі тваринництва. Тому можна зробити висновок, що господарство спеціалізується на виробництві зерна, з розвинутим виробництвом соняшнику і продукції скотарства. Висока питома вага зерна (72,89%) говорить про високий рівень спеціалізації господарства.

Рівень ефективності виробничо-господарської діяльності підприємства характеризується показниками використання сільськогосподарських земель, виробничих фондів, трудових ресурсів, а так саме рентабельність виробництва приведено в таблиці 1.3

Таблиця 1.3 Економічна ефективність виробництва

Показники	Роки			2006 р. до 2004 р.
	2004 р.	2005 р.	2006 р.	(+; -)	%
1. Вироблено валової продукції, всього, тис. грн	1484,00	1040,30	1370,10	-113,90	092,32
- у т. ч. на 100 га с. г. угідь, тис. грн	0064,24	0048,21	0052,74	-001,50	097,66
- на 100 грн вартості ОВФ, грн	0062,62	0047,49	0058,70	-003,91	093,75
- на 1 середньорічного робітника зайнятого в с. г. виробництві, тис. грн	0015,46	0015,30	0027,40	-011,94	177,26
2. Отримано прибутку (+), збитку (-), всього, грн	-012,50	0016,70	0205,70	218, 20	Х
- в т. ч. на 100 га с. г. угідь тис. грн	-000,54	0000,77	0009,42	009,96	Х
Рівень рентабельності (+), збитковості (-), всього,% у т. ч.: рослинництва тваринництва	000,91 00-8,16 039,31	0001,55 0016,17 053,12	0019,70 0034,94 052,88	020,61 026,78 13,57	Х Х Х

Аналізуючи дані таблиці 1.3 видно, що досліджує мий період господарство суттєвим чином підвищило економічну ефективність виробництва продукції. Так, на 77,26% збільшилось виробництво валової продукції на одного працівника, що говорить про кращій рівень організації праці і високу ефективність використання робочої сили. Завдяки скороченню галузі тваринництва господарство почало працювати прибутково. Так, в 2004 році господарство отримало 12,5 тис. грн. збитку, а вже в 2005 році господарство отримало 16,7 тис. грн. прибутку. В 2006 році розмір прибутку вже складав 205,7 тис. грн. при рівні рентабельності 19,7%.

2. Мета і задачі дослідження

Об'єктом дослідження є паливо для карбюраторних двигунів.

Метою проведених дослідів є збільшення октанового числа бензину та зменшення загазованості оточуючого середовища.

Для цього розроблена технологія та установка отримання сумішного палива в умовах агровиробництва. Розроблена технологія та установка дає можливість отримувати якісне паливо з використанням у процентному співвідношенні домішку до товарного палива. Для експериментальної перевірки отриманих результатів необхідно розробиш методику проведення сумішного палива на підконтрольній групі автомобілів.

Мета експлуатаційних випробувань підконтрольної групи автомобілів на дослідній партії сумішевого бензину і товарних бензинах:

порівняння фактичних експлуатаційних властивостей сумішевого і товарних бензинів в умовах реальної експлуатації автомобілів;

оцінка впливу сумішевого бензину на тягово-швидкісні та динамічні властивості, екологічні показники та паливну економічність автомобілів в умовах реальної експлуатації;

оцінка впливу сумішевого бензину на надійність та безвідмовність роботи двигунів та інших агрегатів і систем автомобілів в умовах реальної експлуатації;

оцінка впливу довгострокового напрацювання автомобілів на сумішевому бензині на ресурсні показники двигунів ті їх систем, а також на фізико-хімічні властивості моторної оливи;

оцінка впливу сумішевого бензину на екологічну безпеку роботи водіїв та перевезення пасажирів;

визначення відповідності вмісту шкідливих речовин у повітрі кабіни або пасажирського салону автомобіля вимогам чинних стандартів;

визначення особливостей експлуатації автомобілів на сумішевому бензині.

Програма експлуатаційних випробувань підконтрольної групи автомобілів містить:

визначення фактичних витрат палива автомобілями при виконанні транспортної роботи на сумішевому і товарних бензинах;

оцінка фактичних антидетонаційних властивостей сумішевого палива в умовах експлуатації;

оцінка впливу сумішевого бензину на пускові властивості автомобілів при різному температурному стані двигунів та різних метеорологічних умовах (температурі, вологості, тиску атмосферного повітря);

оцінка впливу сумішевого бензину на безвідмовність роботи двигунів при різному температурному стані двигуна та різних метеорологічних умовах;

оцінка впливу сумішевого бензину на стабільність регулювань паливної апаратури двигунів при різному температурному стані двигунів та різних метеорологічних умовах;

оцінка впливу сумішевого бензину на вміст шкідливих речовин у картерних газах двигуна;

оцінка впливу сумішевого бензину на вміст шкідливих речовин у повітрі кабіни (пасажирського салону) автомобіля;

оцінка впливу довгострокового напрацювання двигуна на сумішевому бензині на технічний стан циліндро-поршневої групи;

оцінка впливу довгострокового напрацювання двигуна на сумішевому бензині на технічний стан паливної апаратури, в тому числі гумотехнічних виробів, що входять до її складу;

оцінка впливу довгострокового напрацювання двигуна на сумішевому бензині на стабільність регулювань паливної системи;

оцінка впливу довгострокового напрацювання двигуна на сумішевому бензині на фізико-хімічні властивості моторної оливи;

визначення особливостей експлуатації автомобілів на сумішевому бензині;

облік і аналіз відмов у роботі автомобілів під час підконтрольної експлуатації, які можуть бути пов'язані із застосуванням сумішевого бензину;

визначення фізико-хімічних властивостей (у тому числі антидетонаційних властивостей за моторним методом ГОСТ 511 і за дослідним методом ГОСТ 8226) всіх зразків сумішевого бензину та більшості зразків товарною бензину, з застосуванням яких виконуються експлуатаційні випробування автомобілів;

визначення відповідності фізико-хімічних властивостей зразків сумішевого та товарного бензину вимогам ТУ У 00149943.501-98 "Бензини автомобільні з підвищеним кінцем кипіння" та ГОСТ 2048-77 (тільки товарних бензинів). [4]

3. Теоретичні передумови 3.1 Загальні умови

Гідродинамічні випромінювачі - пристрої, перетворюючи частину енергії руху рідини в енергію акустичних хвиль. Робота гідродинамічного випромінювача обумовлена на генеруванні збурення в рідинному середовищі у вигляді деякого поля швидкості і тиску при взаємодії русі рідини з нерухомим або рухомим перешкод відповідної форми і розмірів. Найбільш близько для розв’язання поставленої задачі підходить теорія Лейтхилла. [7] Ця теорія була узагальнена для розгляду ефектів твердих меж, як спокійних так і рухомих довільним шляхом, конвективного підсилення і рідинного екранування у турбулентному потоці, таких, як не однократності температури, бульбашки в рідинах і частинки пилу в газах. Обумовлення цих і багато інших аспектів можна знайти за формулами (3.1, 3.2, 3.3; 3.4, 3.5). Для того, щоб передбачити звукові поля, випромінювані не стаціонарною течією на великій відстані від області течії, потрібно вирішувати неоднорідні рівняння.

Формула Лейтхилла:

q =  (3.1)

де а_с - швидкість розповсюдження звуку, м/с

h - змінна, яка в подальшому полі може бути відображена у тиску, Па;

 - швидкість розповсюдження рідини, м/с.

Існує багато способів вибору акустичних аналогів. Наприклад, запропонованих Пауеллом - формула (3.6), Хау - формула (3.7) і Рібнером -

формула (3.8) і мають відповідний вигляд:

q = , (3.2)

q =, (3.3)

q = , (3.4)

Tij = ρu_iu_j+ p_ij - ρσ_ij (3.5)

де Tij - тендор квадрапольних напруг у швидкості , напругах p_ij і щільності ρ, кг/м³.

L = ωΛu - Tgrads, (3.6)

 

де ω - завихрення, с^-1

Т - температура, t⁰C

S - ентропія пневмозвукового тиску, Дж.

Р ⁽⁰⁾ Рібнера задовольняє рівняння:

, (3.7)

Рівняння (3.2), (3.3), (3.4) представляють відповідні розподілення джерел у вигляді квадруполів, диполів і монополій. Крапковий мультиполь (або мультиполь із джерела, окремих масштабів l, менше випромінюючої хвилі λ) мають ефективність випромінювання і діаграму направленості, ідеального від індивідуальних простих джерел, із яких він складається і тоді ці підходи можуть бути домовлені і тільки тоді коли інтегральний ефект цього розподілення вирахуваний з використанням функції Гріна.

Робота вихрових випромінювачів засновано на виникненні автоколивань в струї при її взаємодії з перешкодами у вигляді основного клина або резонуючої порожнини. Струя, витікаючи з великою швидкістю із конусно-циліндричного або щілинного сопла, потрапляє на пластину з клиновидним кінцем, вчасна частота яких обчислюється по формулі (3.8).

f = , (3.8)

де L - коефіцієнт пропорційності, який залежить від способу закріплення пластини;

l - її довжина, м;

t - товщина, м;

E - модуль пружності, Па;

ρ - пружність матеріалу.

Спектр чередуючих коливань може знаходитися в інтервалі 0,4…40 кГц. А звуковий тиск у ближчій зоні може досягати 2…4,5 МПа при швидкості струї 20…25 м/с. частоту головної гармонії генеруючих коливань можна оцінити за допомогою формули:

, (3.9)

де х - об’єм в середині струї, м³;

Р₀ - абсолютне значення тиску в середовищі, Па;

∆₀ - товщина струї на виході із сопла, м;

Ρ - щільність рідини, кг/м³;

U₀ - середня швидкість струменю у торця сопла, м/с;

r - радіус сопла, м;

l - відстань від сопла до перешкоди, м:

К =  (3.10)

де γ - кут розширення струменю, град.

3.2 Розробка технології отримання сумішного бензину

В сопло під тиском 0,6….1,0 МПа надходить компонент грубої емульсії. В наслідку перетискання струї за вихідною кромкою сопла встановлюється вакуум, який дорівнює тиску насищення одного із компонентів змішування при даній температурі. Потік середовища закипає і створює гідродисперсну емульсію 5….10 мкм.

Отримана груба емульсія направляється у форкамеру, де формується у стійку вузьконаправлену струю, яка займає весь переріз форкамери.

При витіканні цієї струї в камеру змішування, в наслідок збільшення площі поперечного перерізу каналу, потік емульсії відривається від стінок і утворюється вільне витікання з вільною зовнішньою межею. Між стіною канала і межею струменя утворюється складний інтенсивний вихровий рух рідини. У вихровій зоні відбуваються високоякісні продольні імпульси тиску від 0 до 10 тис. атмосфер, які роздрібнюють частинки емульсії. [3]

Середня інтегральна величина тиску дорівнює тиску насиченого легко випарюючого компонента, за рахунок цього в зоні відриву струї утворюється газова фаза в результаті безперервного обліку по всій камері змішування утворюється гомогенний двофазний газорідинний потік.

При наступному русі потоку по камері змішування, швидкість його зменшується і тиск підвищується, при досягненні величини тиску, більшої чим тиск насичення при даній температурі суміші, яка знаходиться у дворазному стані, утворюється лавиностворююча конденсація газів. При цьому утворюється спектр коливань різної фізичної природи, в тому числі і ультразвукових, сприяючих розриву нових газових пузирків, які в свою чергу вибухають і народжують нові коливання, тобто спостерігається лавиноутворюючий процес вибуху газових бульбашок, що викликає міцне ультразвукове поле, стрибок конденсації супроводжується стрибком тиску і щільності.

При цій обробці емульсії на виході апарату являє однорідну монодисперсну з розміром частин 0,1…0,4 мкм.

Підвищення або зниження тиску за апаратом не буде відмічатися на продуктивності апарату. Це пояснюється надзвуковим режимом витікання емульсії, так як максимальна швидкість переміщень малих збурень у середовищі неможливо бути швидкості звуку у ній і переміщуватися у верх по потоку.

Гідродинамічне випромінювання перетворює частину енергії турбулентної затопленої струї рідини в енергію акустичних хвиль. Робота гідродинамічного випромінювача обумовлена на генеруванні збуджень в рідкому середовищі у вигляді деякого поля швидкостей і типів при взаємодії витікаючої з сопла струї з перешкодою відповідної форми і розмірів, або при примусовому перемінному витіканні струї. Ці збудження утворюють зворотну дію на основу струї у сопла, за рахунок встановлення автоколивального режиму. Механізм випромінювання звуку збудженнями може бути різним залежно від конструкції гідродинамічного випромінювача, яка принципово відрізняється від конструкції газоструйних випромінювачів для повітряного середовища, хоча гідродинамічні випромінювачі називають рідинними свистками. [7]

Гідродинамічний випромінювач за рахунок пульсації кавітаційної області, який створився між соплом і перешкодою. Основні елементи такого випромінювача являється конусно-циліндричне сопло і перешкода - відбивач і резонансна коливна система у вигляді стержнів або у вигляді циліндра із профрезерованими вздовж пазами. Кращими в енергетичному відношенні являються вгнуті відбивачі у вигляді лунки, яка забезпечує утворення кавітаційної області, вміст якої з відповідною частотою виштовхується із зони сопло-відбивач. Для збудження інтенсивних коливань необхідно відповідне співвідношення між діаметром лунки відбивача і діаметром сопла.

Пульсування кавітаційної області створюють змінні поля швидкостей та тиску, які збуджують в стержнях згинаючи коливання на їх власній частоті, що робить внесок у випромінювання, збільшує його інтенсивність. [7]

Диспергування ультразвукове тонке роздрібнення твердих речовин або рідин, тобто перехід речовини в дисперсний стан з утворенням поля під впливом ультразвукових коливань. [3] Диспергуванням називають роздрібнення твердих тіл в рідинному середовищі. Диспергування рідини в газах (повітрі) називають розпиленням, а диспергірування рідини в рідині емульсією. Ультразвукове диспергірування дозволяє отримати високодисперсну (середній розмір частинок мкм і частина мкм), однорідна і хімічно чиста суспензія.

Для утворення ультразвукового диспергірування необхідна кавітація. Роздрібнення речовини відбувається під дією ударних хвиль, виникаючих при захлопуванні кавітаційних полостів. Диспергірування починається при інтенсивності ультразвуку, перемішуючий деяке порогове значення. Величина якого складає декілька Вт/см² і залежить від кавітаційної міцності рідини, а також від характеру і величини сили взаємодії між окремими частинами.

Кавітація яка утворюється в кавітаторі супроводжується утворенням в рідині пульсуючих бульбашок заповнених паром, газом або їх сумішшю [7]. Розрізняють акустичну кавітацію і гідродинамічну, у нашому випадку гідродинамічна, яка обумовлена сильним локальним пониженням тиску в рідині в наслідок великих швидкостей течії. Для ідеально чистої рідини імовірність спонтанного утворення бульбашок стає помітною лише при достатньо великих розтягуючи навантаженнях для води теоретична величина 1,5-10⁸ Па.

Кавітація виникає в результаті втрати стійкості зародишів потрапляючи в область пониженого тиску в звуковій хвилі, і швидкого їх росту. Процес розширення бульбашок зародишів обумовлений рядом ефектів:

тиском газа і пару в бульбашці;

перевищуючи тиск навколишньої рідини;

дифузії газу в бульбашці із рідини;

випаровуванням рідини і збільшення ваги пари в бульбашці;

коагуляції зародишів.

При підвищенні звукового тиску бульбашка стискається і відбувається дифузія газу із бульбашки в рідину. Кількість продифундіровавшогося газу пропорційна площі поверхні бульбашці, яка в стадії розширення більша, ніж в стадії стиску. В силу повної компенсації дифузійних потоків не відбувається: маса газуё, заповнюючого бульбашку заповнена в бульбашці в процесі її розширення, перевищує масу газу, звільнившогося із бульбашки при її стиску, так, що в цілому за період кількості газу в бульбашці збільшується. Це явище називається випрямленою дифузією (спрямованою дифузією), це викликає ріст бульбашки в полі змішаного тиску.

При пульсувані парових бульбашок внаслідок неадіабатичності процесу зміни стану речовини в бульбашках виникає енергія, яка приводить до нагріву і випаровуванню рідини в бульбашку.

Динаміка кавітаційних бульбашок. Виникаючи у звуковому полі кавітаційної порожнини інтенсивно пульсують. Пульсації порожнин можуть супроводжуватися сильними змінними сферичними формами і навіть подрібненням бульбашок, пульсуючи, бульбашки рухаються поступово і інколи зливаються одна з одною.

Ступінь розвитку кавітації, характерний його протіканням і вплив може змінитися при варійовуванні газових в рідинні, гідростатичний тиск, що відкриває здатність керування кавітаційними явищами.

В кавітаційній області виникають міцні гідродинамічні збудження у вигляді сильних імпульсів стиску (мікроударних хвиль) і мікропотоків створившимися пульсуючими бульбашками. Крім того, захлопування бульбашок супроводжується сильним локальним розігрівом речовини, а також виділення газів які містять атмосферні і іонізовані компоненти. В результаті цього речовина в кавітаційній області підлягає інтенсивним впливам.

Якщо ступінь розвитку кавітації такий, що у випадку моменту часу виникає і захлопується велика кількість бульбашок, то вибух ними акустичного випромінювання проявляється у вигляді сильного шуму із суцільним спектром в порожнині від декількох сотень Гц до сотень і тисяч кГц. На фоні суцільного спектру кавітаційного шуму спостерігається окрема дискретна субгармонійна відражаюча частина спектру поля, яка викликає кавітацію.

4. Методика експериментального дослідження