Kawitacja jest zjawiskiem powszechnie występującym w technice, zwłaszcza w maszynach i systemach hydraulicznych. Pomimo intensywnych badań prowadzonych od końca XIX wieku, których wyniki opublikowano w wielu książkach i czasopismach naukowych, stan wiedzy jest ciągle niewystarczający. Współczesne prace zmierzają do dokładniejszego poznania i opisu mechanizmu tego zjawiska, ograniczania jego negatywnych skutków lub próby wykorzystania w różnych procesach przemysłowych.
Monografia stanowi przegląd obecnego stanu badań nad kawitacją w cieczach niutonowskich oraz zawiera omówienie badań nad modelowaniem kawitacji w płynach nieniutonowskich. W pierwszej jej części przedstawiono fizyczne podstawy kawitacji; szczególną uwagę zwrócono na te zjawiska, które się ściśle wiążą z kawitacją i pozwalają na wyjaśnienie mechanizmu lub są stosowane do budowania modeli matematycznych. W kolejnych rozdziałach dokonano przeglądu różnych modeli dynamiki pęcherzyka kawitacyjnego - od klasycznej teorii Rayleigha-Plesseta do modeli stosowanych w przypadku płynów nieniutonowskich o złożonych właściwościach reologicznych. Podano przykłady numerycznego rozwiązania uogólnionych modeli dla płynu potęgowego i lepkosprężystego. Zwrócono uwagę, że dodatki do wody wielkocząsteczkowych polimerów, nawet przy małych stężeniach, rzędu ułamka procenta, powodują tłumienie kawitacji, opóźniając powstanie i zasięg obłoku kawitacyjnego. Omówiono najważniejsze przepływy kawitacyjne występujące w technice, wskazano miejsca i zilustrowano rodzaje powstających obłoków kawitacyjnych. Obszerny rozdział poświęcono erozji kawitacyjnej. Omówiono mechanizm tego procesu, podano podstawy teoretyczne i metody badań eksperymentalnych odporności materiałów na działanie kawitacji oraz obszerne wyniki dotyczące materiałów stosowanych w technice, zwłaszcza do budowy instalacji przepływowych i maszyn hydraulicznych. W ostatnim rozdziale zaprezentowano pozytywne skutki kawitacji. Przytoczono w nim przykłady stosowania kawitacji w technice - do cięcia materiałów i Czyszczenia powierzchni, w przemyśle chemicznym - do intensyfikacji procesów lub sterylizacji cieczy, w medycynie - do mechanicznego niszczenia zbędnych ciał.
Monografia jest adresowana do pracowników naukowych i studentów, zajmujących się maszynami hydraulicznymi bądź systemami przepływowymi oraz specjalistów z przemysłu nadzorujących pracę tych urządzeń.

Spis treści:

SPIS OZNACZEŃ
PRZEDMOWA

1. WPROWADZENIE
1.1. Definicje i pojęcia ogólne
1.2. Formy kawitacji - kształty obłoku kawitacyjnego
1.3. Stadia kawitacji
1.4. Natężenie kawitacji
1.5. Liczba kawitacji
1.6. Wymiary i struktura obłoku kawitacyjnego
1.7. Energetyczne wskaźniki natężenia kawitacji
1.8. Oznaki kawitacji
1.9. Diagnostyka kawitacji

2. PODSTAWY FIZYCZNE
2.1. Przemiany fazowe
2.1.1. Metastabilny fazowy stan cieczy
2.1.2. Dyfuzja
2.2. Zarodki kawitacyjne
2.2.1. Powstawanie pęcherzyków gazowych
2.2.2. Wzrost pęcherzyka gazowego
2.2.3. Równowaga statyczna pęcherzyka gazowego
2.2.4. Pęcherzyki parowe
2.2.5. Cząstki stałe
2.3. Implozja pęcherzyków i towarzyszące jej efekty akustyczne
2.3.1. Implozja pęcherzyka
2.3.2. Mechanizm szumów kawitacyjnych
2.4. Naprężenia rozciągające w cieczy

3. KLASYCZNE MODELE KAWITACJI
3.1. Kawitacja w cieczy idealnej - równania Rayleigha
3.2. Zachowanie pęcherzyka gazowego w cieczy idealnej
3.3. Dynamika pęcherzyka w cieczy lepkiej - równania Rayleigha-Plesseta
3.4. Oscylacje pęcherzyka kawitacyjnego
3.5. Implozja pęcherzyka parowo-gazowego

4. KAWITACJA W PŁYNACH NIENIUTONOWSKICH
4.1. Modele matematyczne zjawiska kawitacji w płynach nieniutonowskich

5. OSCYLACJE PĘCHERZYKA KAWITACYJNEGO W CIECZY POTĘGOWEJ
5.1. Model teoretyczny
5.2. Numeryczne rozwiązanie modelu
5.2.1. Program obliczeniowy
5.2.2. Warunki początkowe i stałe materiałowe
5.2.3. Wyniki obliczeń
5.3. Badania eksperymentalne

6. TŁUMIENIE KAWITACJI W CIECZY LEPKOSPRĘŻYSTEJ
6.1. Model OWF (Oldroyda Waltersa Fredricksona)
6.2. Częstotliwość drgań własnych pęcherzyka
6.3. Równanie ciśnienia na ściance pęcherzyka
6.4. Algorytm numerycznego rozwiązania równania dynamiki pęcherzyka
6.4.1. Warunki początkowe i stałe materiałowe
6.5. Wyniki obliczeń i ich analiza
6.6. Wyznaczanie stałych materiałowych roztworów
6.6.1. Metodyka badań
6.6.2. Obróbka danych pomiarowych
6.6.3. Wyniki pomiarów i ich analiza
6.7. Analiza widma szumu kawitacyjnego w wodnych roztworach polimerów
6.7.1. Układ do pomiarów charakterystyk widmowych
6.7.2. Wyniki pomiarów
6.7.2.1. Charakterystyki widmowe dla różnych natężeń ultradźwięków
6.7.2.2. Charakterystyki widmowe dla różnych czasów nadźwiękawiania
6.7.2.3. Charakterystyki widmowe po nadźwiękawianiu
6.7.2.4. Porównanie charakterystyk widmowych do 25 kHz

7. PRZEPŁYWY KAWITACYJNE
7.1. Przepływy przez przewężenia przewodów
7.2. Przepływy przez zawory i armaturę
7.2.1. Przepływ przez zawory odcinające i regulacyjne
7.2.2. Przepływ przez rozgałęzienia
7.2.3. Przepływ przez nagłe zwężenie przewodu
7.2.4. Wypływ ze zbiornika przez przystawkę cylindryczną
7.3. Opływ ciał zanurzonych w cieczy
7.4. Kawitacja w strudze swobodnej
7.5. Kawitacja w układzie pompowym
7.6. Kawitacja na śrubie okrętowej

8. EROZJA KAWITACYJNA
8.1. Wiadomości ogólne
8.1.1. Mechanizm erozji kawitacyjnej - powstawanie strużki kumulacyjnej
8.1.2. Przebieg erozji kawitacyjnej w czasie
8.1.3. Wskaźniki skutków erozji kawitacyjnej
8.2. Natężenie i sprawność erozji kawitacyjnej
8.3. Metody badań erozji kawitacyjnej
8.3.1. Metody przepływowe
8.3.2. Urządzenie z tarczą wirującą
8.3.3. Metody wibracyjne
8.3.4. Metoda natryskowa
8.3.5. Specjalne metody badawcze
8.3.5.1. Metoda pulsacyjna
8.3.5.2. Metoda kombinowana
8.3.5.3. Metoda modelowa
8.3.5.4. Metody w naturze
8.4. Odporność różnych materiałów na erozję kawitacyjną
8.5. Wpływ właściwości mechanicznych i struktury materiału na erozję kawitacyjną
8.5.1. Wpływ średnicy ziarna
8.5.2. Wpływ twardości i sprężystości materiału
8.6. Wpływ innych czynników na szybkość erozji kawitacyjnej
8.6.1. Wpływ stężenia gazów rozpuszczonych w cieczy
8.6.2. Wpływ temperatury cieczy
8.6.3. Wpływ lepkości cieczy
8.6.4. Wpływ wyróżnika kawitacji
8.6.5. Wpływ potencjału elektrycznego na szybkość erozji
8.6.6. Wpływ inhibitorów
8.6.7. Wpływ sposobu wytwarzania kawitacji
8.7. Metody zwiększania odporności materiałów na działanie kawitacji
8.7.1. Zgniot materiału
8.7.2. Obróbka cieplna
8.7.3. Starzenia stali nierdzewnych martenzytycznych
8.7.4. Obróbka cieplno-chemiczna
8.7.5. Ogniowe napylanie proszków stopów metali
8.7.6. Napawanie warstw z odpornych materiałów
8.8. Skutki erozji kawitacyjnej
8.8.1. Efekty implozji pojedynczego pęcherzyka
8.8.2. Niszczenie elementów maszyn hydraulicznych
8.8.3. Uszkodzenia śrub okrętowych
8.8.4. Erozja kawitacyjna instalacji i armatury

9. POZYTYWNE SKUTKI KAWITACJI
9.1. Kawitacja w medycynie
9.2. Kawitacyj na obróbka mechaniczna
9.2.1. Drążenie otworów
9.2.2. Czyszczenie powierzchni materiałów
9.2.3. Cięcie twardych materiałów
9.3. Wspomaganie procesów technologicznych
9.3.1. Kawitacyjne wytwarzanie emulsji
9.3.2. Kawitacyjne wytwarzanie rozdrobnionych mieszanin
9.3.3. Depolimeryzacja
9.3.4. Intensyfikacja procesów chemicznych
9.3.5. Sterylizacja cieczy