Курс лекций по дисциплине: «Теоретические основы технологии продовольственных продуктов» для специальности: «Технология продовольственных продуктов»
Кавитация (от лат. cavitus — пустота) — образование в
жүктеу/скачать 1,08 Mb.
|
| Кавитация (от лат. cavitus — пустота) — образование в капельной жидкости полостей, заполненных газом, паром или их смесью (так называем кавитационных пузырьков, или каверн).
Кавитационные пузырьки образуются в тех местах, где давление в жидкости становится ниже некоторого критического значения Ркр (в реальной жидкости Ркр приблизительно равно давлению насыщенного пара этой жидкости при данной температуре). Если понижение давления происходит вследствие больших местных скоростей в потоке движущейся капельной жидкости, то кавитацию называют гидродинамической, а если вследствие прохождения акустических воли — аккустической. В этом случае под кавитацией понимают разрыв сплошности жидкости, сопровождаемый образованием мельчайших пузырьков, наполненных паром и газами, содержащимися в жидкости. При захлопывании кавитационных пузырьков возникают ударные волны с большой амплитудой давления. Эти механические усилия являются причиной разрушительного действия ультразвука. Кавитационные полости образуются при определенной интенсивности звука. Минимальная интенсивность звука, при котором возникает кавитация в водопроводной воде, составляет 0,16—2 Вт/см 2 при частоте 15 кГц. Это является кавитационным порогом. Возникновение кавитации сильно зависит от вязкости жидкости; с увеличением вязкости увеличивается кавитационный порог. Значительную роль в возникновении и развитии кавитации играют зародышевые центры, представляющие собой микропузырьки газов и паров, а также мельчайшие взвеси неоднородных включений в жидкости. Наличие таких зародышей уменьшает прочность жидкости, значительно снижая усилие разрыва сплошности. Предельно чистые жидкости, из которых, кроме того, удален газ, не подвержены кавитации. Наиболее интенсивно кавитация развивается на границе раздела сред с различными удельными акустическими сопротивлениями. Так, граница раздела между водой и воздухом вследствие очень большой разницы в волновых сопротивлениях представляет собой практически непреодолимую преграду для ультразвука. При этом волны отражаются в противофазе, что приводит к возникновению растягивающих усилий, которые и вызывают интенсивную кавитацию. С увеличением температуры жидкости уменьшается необходимый порог звукового давления, достаточного для возникновения кавитации. Эта зависимость не имеет линейного характера, что связано с изменением вязкости. Соотношение между вязкостью жидкости η и звуковым давлением Рс имеет следующий вид: Рс = 0,753 lg η _________ 0,0013 Прочность жидкости на разрыв зависит только от гидростатического давления Р 0 столба жидкости, если вязкость будет приближаться к значению 0,0013 Па · с. Следовательно, амплитуда давления Ра, при которой начинается образование кавитации, понижается при уменьшении вязкости, так как Ра = Рс + Ро , где Ра — амплитуда давления, при котором возникает кавитация; Pс— давление, возникающее в результате звуковых колебаний; Ро— гидростатическое давление столба жидкости. Неоднозначность протекания процессов при акустических методах создает существенные трудности при выборе метода обработки. Например, наличие кавитации при ультразвуковой обработке интенсифицирует ряд процессов: эмульгирование, диспергирование и другие. В то же время при этом ycиливаются нежелательные окислительно-восстановительные реакции, возникающие при контакте продукта с продуктами распада перекиси водорода, образующимися в зоне кавитации. В присутствии кислорода кавитация приводит к разрушению ферментов и к потере ими активности. При достаточной мощности ультразвука химически изменяются и разрушаются аминокислоты; возможен переход одних аминокислот в другие, например, серина в глицин. Крахмал деполимеризуется до декстринов, а при достаточно интенсивном и длительном озвучивании — до моносахаридов. Разрушительное действие УЗ может вызывать резкие изменения структуры тканей. Так, озвучивание мяса при частотах 1-—1000 кГц в рассоле сопровождается разрывом мышечных волокон и размягчением мяса на глубину проникновения УЗ. При озвучивании крови (частота 100 кГц) происходит вначале гемолиз, затем разрушение ферменных элементов и обесцвечивание крови. Озвучивание кости при мощности УЗ 3 Вт/см2 сопровождается разрушением ее структуры, а при мощности 4 Вт/см2 могут возникать переломы. Действие ультразвука на микроорганизмы зависит от условий озвучивания и свойств среды. При достаточной интенсивности и высоких частотах УЗ в невязких средах бактерии вначале претерпевают существенные изменения (например, патогенные утрачивают вирулентность — ядовитость). В дальнейшем они погибают вследствие разрушения под влиянием кавитации. При использовании импульсного разряда количество действующих факторов довольно высоких энергий еще больше (импульсная кавитация, ударная волна, плазма канала искры, ультрафиолетовое излучение и другое). Акустические методы отличаются один от другого техническими средствами генерации колебаний, причем низкочастотная техника в большинстве случаев привлекает простотой, но ее возможности не всегда достаточны для осуществления некоторых процессов. Ультразвуковая техника при использовании электрической системы генерации, так же как и электроимпульсная, более сложная, но она обладает большими энергетическими возможностями. жүктеу/скачать 1,08 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|