«Труды Российского государственного университета нефти и газа имени И.М. Губкина»

Анализ современных представлений о процессе схлопывания кавитационного пузырька с точки зрения применимости к расчету струйных установок для нефтегазовых технологий

УДК: 620.193.16
DOI: -

Авторы:

¹ Кубанский государственный технологический университет, Краснодар, Российская Федерация

Ключевые слова: струйная установка, кавитация, схлопывание пузырька, поверхностное натяжение, скорость диссипации энергии, микроструя, коллапс, гидроудар

Аннотация:

Теоретические и экспериментальные исследования кавитационных явлений имеют давнюю и обширную историю и связаны с именами таких выдающихся представителей науки, как О. Рейнольдс, лорд Рэлей, М. Плессет, академик Е.И. Забабахин, но применительно к струйным установкам для промывочных и тампонажных растворов достижения этой отрасли науки применялись до сих пор недостаточно последовательно. Авторы, как правило, ограничиваются предположениями о необычайно высоких скачках давления при схлопывании кавитационных пузырьков и, в связи с этим, c большими перспективами применения кавитации для измельчения взвешенных частиц при приготовлении буровых и тампонажных растворов, а также очистки ствола скважин от кольматанта. Между тем значимых эффектов в промышленных масштабах до сих пор не было получено. В целях разработки научно обоснованных рекомендаций по проектированию соответствующих процессов был выполнен анализ имеющихся в научно-технической литературе сведений применительно к процессу схлопывания кавитационного пузырька на предмет применения высвободившейся энергии для воздействия на компоненты буровых и тампонажных растворов при их приготовлении и обработке.

Список литературы:

1. Пахлян И.А. Основы проектирования струйных аппаратов для нефтяной и газовой промышленности // Нефтепромысловое дело. – 2012. – № 12. – С. 15–17.
2. Омельянюк М.В., Пахлян И.А. Исследования генераторов кавитации для процессов виброволновой раскольматации добывающих скважин // Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. – 2022. – № 5. – С. 15–19.
3. Lord Rayleigh. On the pressure developed in a liquid during the collapse of a spherical cavity // Philos. Mag. – 1917. – Vol. 34, № 6. – Р. 94–96.
4. Забабахин Е.И. Некоторые случаи движения вязкой жидкости // В кн.: Вопросы современной экспериментальной и теоретической физики. Сборник научых трудов. – Л.: Наука, 1984. – С. 58–68.
5. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика: Т. VI. Гидродинамика. – 5-е изд. – М.: Физматлит, 2001. – 736 с.
6. Mancuso G., Langone M., Andreottola G. A critical review of the current technologies in wastewater treatment plants by using hydrodynamic cavitation process: principles and applications // Journal of Environmental Health Science and Engineering. – 2020. – Vol. 18. – Р. 311–333.
7. Lauterborn W. Ohl C.-D. The Peculiar Dynamics of Cavitation Bubbles // Applied Scientific Research. – 1998. – Vol. 58. – P. 63–76.
8. Kornfeld M., Suvorov L. On the Destructive Action of Cavitation // Journal of Applied Physics. – 1944. – Vol. 15, June. – P. 495–506.
9. Plesset M.S., Chapman R.B. Collapse of an initially spherical vapour cavity in theneigh-bourhood of a solid boundary // J. Fluid Mech. – 1971. – Vol. 47, part 2. – P. 283–290.
10. Sankin G.N., Yuan F., Zhong P. Pulsating Tandem Microbubble for Localized and Directional Single Cell Membrane Poration // Physical Review Letter. – 2010. – August 13, vol. 105.
11. Jing Luo, Zhipan Niu. Jet and Shock Wave from Collapse of Two Cavitation Bubbles // Nature: Scientific Reports. – 2019. – 4 Feb, vol. 9, article index 1352.
12. Dynamics of laser-induced bubble pairs / B. Han, K. Kohler, K.Jungnickel [et al.] // J. Fluid Mech. – 2015. – Vol. 771. – P. 706–742.
13. Hyo Na Kim, Suslick K.S. Sonofragmentation of Organic Molecular Crystals vs Strenght of Materials // The Journal of Organic Chemistry. – 2021. – March 15, articles ASAP. – 7 p.
14. Visualisation of acoustic cavitation effects on suspended calcite cristals / R.M. Wagterveld, L. Boels, M.J. Mayer, G.J. Witkamp // Ultrasonics Sonochemistry. – 2011. – Vol. 18. – P. 216–225.
15. Experimental investigations of interactions between a laser-induced cavitation bubble and a spherical particle / Yuning Zhang [at al.] // Experimental Thermal and Fluid Science. – 2018. – Vol. 98. – P. 645–661.
16. Linzheng Ye, Xijing Zhu. Analysis of the effect of impact of near-wall acoustic bubble collapse microjet on Al // Ultrasonics Sonochemistry. – 2017. – Vol. 36. – P. 507–516.
17. Liang Lu, Yongxue Zhang, Yuning Zhang. Experimental investigations of the particle motions induced by a lasergenerated cavitation bubble // Ultrasonics Sonochemistry. – 2019. – Vol. 56. – P. 63–76.
18. Peters A., Lantermann U., Moctar O. Numerical Modelling and Prediction of Erosion Induced by Hydrodynamic Cavitation // Journal of Physics: Conference Series. 9th International Symposium on Cavitation. – 2015. – 4 p.
19. Delmas H., Barthe L. Ultrasonic mixing, homogenization, and emulsification in food processing and other applications. Power Ultrasonics: Applications of High-Intensity Ultrasound // Elsevier. – 2015. – P. 757–791.
20. Влияние конструктивных особенностей роторно-дисковых смесителей на дисперсный состав эмульсий / С.В. Лапонов, Н.С. Шулаев, С.П. Иванов, И.Г. Ибрагимов // Труды Российского государственного университета нефти и газа имени И.М. Губкина. – 2018. – № 1.