БСЭ. Большая Советская Энциклопедия (КА)

рис. 2 ) создаётся довольно четко ограниченная «кавитационная зона», заполненная движущимися пузырьками.

  Сокращение кавитационного пузырька происходит с большой скоростью и сопровождается звуковым импульсом (своего рода гидравлическим ударом ) тем более сильным, чем меньше газа содержит пузырёк. Если степень развития К. такова, что в случайные моменты времени возникает и захлопывается множество пузырьков, то явление сопровождается сильным шумом со сплошным спектром от нескольких сотен гцдо сотен и тысяч кгц.Если кавитационная каверна замыкается вблизи от обтекаемого тела, то многократно повторяющиеся удары приводят к разрушению (к так называемой кавитационной эрозии) поверхности обтекаемого тела (лопастей гидротурбин, гребных винтов кораблей и др. гидротехнических устройств, рис. 3 и 4 ).

  Если бы жидкость была идеально однородной, а поверхность твёрдого тела, с которым она граничит, идеально смачиваемой, то разрыв происходил бы при давлении, значительно более низком, чем давление насыщенного пара жидкости. Прочность на разрыв воды, вычисленная при учёте тепловых флуктуаций, равна 150 Мн/м ²(1500 кг/см ²) .Реальные жидкости менее прочны. Максимальное растяжение тщательно очищенной воды, достигнутое при растяжении воды при 10 °С, составляет 28 Мн/м ²(280 кг/см ²) .Обычно же разрыв возникает при давлениях, лишь немного меньших давления насыщенного пара. Низкая прочность реальных жидкостей связана с наличием в них так называемых кавитационных зародышей: плохо смачиваемых участков твёрдого тела, твёрдых частиц с трещинами, заполненными газом, микроскопических газовых пузырьков, предохраняемых от растворения мономолекулярными органическими оболочками, ионных образований, возникающих под действием космических лучей.

  При данной форме обтекаемого тела К. возникает при некотором, вполне определённом для данной точки потока, значении безразмерного параметра

  где р -гидростатическое давление набегающего потока, р _н-давление насыщенного пара, r - плотность жидкости, u _Ґ -скорость жидкости на достаточном отдалении от тела. Этот параметр называют «числом кавитации», служит одним из критериев подобия при моделировании гидродинамических течений. Увеличение скорости потока после начала К. вызывает быстрое возрастание числа кавитационных пузырьков, вслед за чем происходит их объединение в общую кавитационную каверну, затем течение переходит в струйное (см. Струя ) .При этом течение сохраняет нестационарный характер только в области замыкания каверны. Особенно быстро струйное течение организуется в случае плохо обтекаемых тел.

  Если внутрь каверны, через тело, около которого возникает К., подвести атмосферный воздух или иной газ, то размеры каверны увеличиваются. При этом установится течение, которое будет соответствовать числу кавитации, образованному уже не по насыщающему давлению водяного пара р _н,а по давлению газа внутри каверны p _k,т .е. . Всплывание такой кавитационной каверны будет определяться т. н. числом Фруда ,где g -ускорение силы тяжести, a d -некоторый характерный линейный размер. Так как p _kможет быть много больше р _н,то в таких условиях возможно при малых скоростях набегающего потока получать течения, соответствующие очень низким значениям c, т. е. глубоким степеням развития К. Так, при движении тела в воде со скоростью 6-10 м/секможно получить его обтекание, соответствующее скоростям до 100 м/сек.Кавитационные течения, получающиеся в результате подвода газа внутрь каверны, называют искусственной К.

  Гидродинамическая К. может сопровождаться рядом физико-химических эффектов, например искрообразованием и люминесценцией. В ряде работ обнаружено влияние электрического тока и магнитного поля на К., возникающую при обтекании цилиндра в гидродинамической трубе.

  Исследование К. и борьба с ней имеют большое значение, так как К. оказывает вредное влияние на работу гидротурбин, жидкостных насосов, гребных винтов кораблей, подводных звукоизлучателей, жидкостных систем высотных самолётов и т.д., снижает коэффициент полезного действия и приводит к разрушениям. К. может быть уменьшена при увеличении гидростатического давления, например помещением устройства на достаточной глубине по отношению к свободной поверхности жидкости, а также подбором соответствующих форм элементов конструкции, при которых вредное влияние К. уменьшается. Для уменьшения эрозии лопасти рабочих колёс изготавливают из нержавеющих сталей и шлифуют.

  Экспериментальные исследования К. производятся в так называемых кавитационных трубах, представляющих собой обычные гидродинамические трубы, оборудованные системой регулирования статического давления.

  Лит.:Корнфельд М., Упругость и прочность жидкостей, М. - Л., 1951; Биркгоф Г., Сарантонелло Э., Струи, следы и каверны, пер. с англ., М., 1964: Перник А. Д., Проблемы кавитации, 2 изд., Л., 1966; Ошеровский С. Х., Кавитация в генераторах, «Энергетика и электрификация», 1970, № 1.

  А. Д. Перник.

  Акустическая кавитация. При излучении в жидкость звука с амплитудой звукового давления, превосходящей некоторую пороговую величину, во время полупериодов разрежения возникают кавитационные пузырьки на так называемых кавитационных зародышах, которыми чаще всего являются газовые включения, содержащиеся в жидкости и на колеблющейся поверхности акустического излучателя. Поэтому кавитационный порог повышается по мере снижения содержания газа в жидкости, при увеличении гидростатического давления, после обжатия жидкости высоким (порядка 10 ³ кгс/см ²@ 10 ² Мн/м ²) гидростатическим давлением и при охлаждении жидкости, а кроме того, при увеличении частоты звука и при сокращении продолжительности озвучивания. Порог выше для бегущей, чем для стоячей волны. Пузырьки захлопываются во время полупериодов сжатия, создавая кратковременные (порядка 10 ^-6 сек) импульсы давления (до 10 ³ Мн/м ²@ 10 ⁴ кгс/см ²и более), способные разрушить даже весьма прочные материалы. Такое разрушение наблюдается на поверхности мощных акустических излучателей, работающих в жидкости. Давление при захлопывании кавитационных пузырьков повышается при снижении частоты звука и при повышении гидростатического давления; оно выше в жидкостях с малым давлением насыщенного пара. Захлопывание пузырьков сопровождается адиабатическим нагревом газа в пузырьках до температуры порядка 10 ⁴°С, чем, по-видимому, и вызывается свечение пузырьков при К. (т. н. звуколюминесценция). К. сопровождается ионизацией газа в пузырьках. Кавитационные пузырьки группируются, образуя кавитационную область сложной и изменчивой формы. Интенсивность К. удобно оценивать по разрушению тонкой алюминиевой фольги, в которой кавитирующие пузырьки пробивают отверстия. По количеству и расположению этих отверстий, возникающих за определённое время, можно судить об интенсивности К. и конфигурации кавитационной области.

  Если жидкость насыщена газом, то газ диффундирует в пузырьки и полного захлопывания их не происходит. Всплывая, такие пузырьки уносят газ и уменьшают содержание газа в жидкости. Интенсивные колебания газонаполненных пузырьков как в свободной жидкости, так и вблизи поверхности твёрдых тел создают микропотоки жидкости.

  Появление К. ограничивает возможность дальнейшего повышения интенсивности звука, излучаемого в жидкость, вследствие уменьшения её волнового сопротивления и соответствующего снижения нагрузки на излучатель (см. Импеданс акустический ) .Акустическая К. и связанные с ней физические явления вызывают ряд эффектов. Часть из них, например разрушение и диспергирование твёрдых тел, эмульгирование жидкостей, очистка поверхностей, деталей, обязана своим происхождением ударам при захлопывании пузырьков и микропотокам вблизи них. Другие эффекты (например, инициирование и ускорение химических реакций) связаны с ионизацией газа в пузырьках. Благодаря этим эффектам акустическая К. всё шире используется для создания новых и совершенствования известных технологических процессов. Большое число практических применений ультразвука основано на эффекте К.

  Акустическая К. имеет большое значение в биологии и медицине. Импульсы давления, возникающие в кавитационных пузырьках, обусловливают мгновенные разрывы микроорганизмов и простейших, находящихся в водной среде, подвергаемой действию ультразвука. К. используют для выделения из животных и растительных клеток ферментов, гормонов и др. биологически активных веществ.

  Лит.:Бергман Л., Ультразвук и его применение в науке и технике, пер. с нем., М., 1956; Рой Н. А., Возникновение и протекание ультразвуковой кавитации, «Акустический журнал», 1957, т. 3, в. 1, с. 3; Сиротюк М. Г., Экспериментальные исследования ультразвуковой кавитации, в кн.: Физика и техника мощного ультразвука, т, 2, М., 1968; Ультразвук в гидрометаллургии, М., 1969.

  Н. А. Рой.

Рис. 1. Кавитационный пузырь на торцовой поверхности вибрирующего стержня (десятикратное увеличение).

Рис. 4. Всасывающий патрубок насоса, выполненный из чугуна, со следами кавитационной эрозии.

Рис. 2. Кавитационная зона в трубке с местным сужением.

Рис. 3. Участок разрушенной поверхности гребного винта.

Кавите

Кави'те(Cavite), город и порт на Филиппинах, на Ю.-З. острова Лусон, на берегу Манильского залива, в провинции Кавите. 75,3 тыс. жителей (1969). Пищевая промышленность, кофейные фабрики. Рыболовецкий центр.

Кавказ

Кавка'з(происхождение слова точно не установлено, возможно, оно связано с хеттским «каз-каз» - название народа, жившего на южном берегу Чёрного моря; впервые встречается у древнегреческого драматурга Эсхила в трагедии «Прикованный Прометей»), территория между Чёрным, Азовским и Каспийским морями, простирающаяся от Кумо-Манычской впадины на С. до границы СССР с Турцией и Ираном на Ю. Площадь 440 тыс. км ².

 К. часто делят на Северный Кавказ и Закавказье, границу между которыми проводят по Главному, или Водораздельному, хребту Большого К. (см. Рельеф); западная оконечность Большого К. относят к Северному К. целиком. С физико-географической точки зрения эти понятия не считаются единицами территориального деления.

  Рельеф.На К. господствует горный рельеф. От Таманского к Апшеронскому полуострову поперёк К. протягивается горная система Большой Кавказ.От её северного подножия до Кумо-Манычской впадины простирается Предкавказье с обширными равнинами и возвышенностями. К Ю. от Большого К. располагаются низменности: на З. Колхидская и на В. Кура-Араксинская. На Ю.-В. К. расположены складчатые Талышские горы (высотой до 2477 м) и прибрежная Ленкоранская низменность. В средней и западной частях юга К. находится обширное Закавказское нагорье, состоящее из краевых складчатых хребтов Малого К. и расположенного южнее вулканического Армянского (Джавахетско-Армянского) нагорья.

  Западное Предкавказье большей частью равнинное (Кубано-Приазовская низменность к С. от Кубани, Прикубанская наклонная равнина к Ю. от неё). К дельте Кубани примыкает Таманский полуостров с невысокими широтными грядами с грязевыми сопками. В центре Предкавказья располагается Ставропольская возвышенность (высотой до 831 м) ,для которой характерны бронированные известняками и песчаниками трапециевидные в профиле плато, глубокие, большей частью асимметричные, долины. К Ю.-В. располагается группа лакколитов, поднимающихся среди равнины до высоты 1402 м(г. Бештау). К Ю. от Терека лежит Терско-Сунженская возвышенность с двумя антиклинальными хребтами - Терским и Сунженским (высотой до 926 м) ,разделёнными синклинальной долиной Алханчурт. С З. и Ю. к возвышенности примыкают Кабардинская, Осетинская и Чеченская наклонные равнины. Восточное Предкавказье занимает Терско-Кумская низменность (юго-западный край Прикаспийской низменность), сложенная осадками морских трансгрессий и дельтовых наносов (древних и современных); к С. от Терека расположен обширный массив Терско-Кумских песков с эоловыми формами рельефа.

  Горная система Большого К. делится по длине на Западный (до Эльбруса), Центральный (между Эльбрусом и Казбеком) и Восточный (к В. от Казбека). В центральной части горная система сильно сжата, а на З. и В. расширена. Северный склон её положе, чем южный. Осевой зоне Большого К. соответствуют наиболее высокие хребты - Главный, или Водораздельный, и Боковой с вершинами более 4 и 5 тыс. м(в Западном К. Домбай-Ульген - 4046 м,в Центральном К. Эльбрус - 5642 м,Шхара - 5068 м,Дыхтау - 5203 м,Казбек - 5033 м,в Восточном К. Тебулосмта - 4493 м,Базардюзю - 4466 м) .Передовые хребты и гряды на С. Западного и Центрального К. имеют характер куэст. В известняках местами сильно развит карст.

  Низменности, расположенные к Ю. от Большого К., преимущественно аллювиальные. К Кура-Араксинской низменности примыкают юго-восточный Кобустан и Апшеронский полуостров с холмами и грязевыми сопками, Иорско-Аджиноурская полоса возвышенностей и Прикуринская наклонная равнина (у подножия Малого К.). К этой территории относятся также Внутреннекартлийская (Горийская) равнина и Алазань-Агричайская продольная долина (Алазань-Авторанская межгорная впадина). Малый К. достигает наибольшей высоты в хребте Муровдаг (гора Гямыш - 3724 м,восточнее озера Севан). Для Армянского нагорья (высшая точка гора Арагац - 4090 м) характерны потухшие вулканы, лавовые плато и равнины, поднятия, сложенные лавами и туфами, на Ю. - складчатые хребты (Айоцдзорский), крупные интрузивные массивы [южная часть Зангезурского хребта с горой Капутджух (Капыджик) - 3904 м] .Вдоль государственной границы тянется тектонический прогиб Среднеараксинской котловины.

  Геологическое строение и полезные ископаемые.Территория К. относится к Средиземноморскому геосинклинальному поясу . В его структуре в соответствии с главными орографическими единицами выделяются: молодая платформа (плита) Предкавказья, мегантиклинорий Большого К., Рионо-Куринская зона межгорных прогибов и мегантиклинорий Малого К.

  В фундаменте Предкавказской плиты северо-западный участок (Ростовский выступ) представляет собой юго-восточное погружение докембрийского Украинского кристаллического массива , переходящего здесь в срединный массив палеозойской геосинклинальной области. На остальной территории Предкавказья развито среднепалеозойское складчатое основание. Накопление осадочного чехла в Предкавказье началось в среднем юре и продолжалось до миоцена включительно. В конце миоцена произошло поднятие Ставропольской возвышенности, отделившей Азово-Кубанскую впадину от Терско-Кумской. В конце плиоцена возникли антиклинальные зоны Терского и Сунженского хребта.

  Северный склон центральной части Большого К. представляет собой окраину Предкавказской плиты, вовлечённую в новейшее воздымание. Южнее, отделяясь Пшекиш-Тырныаузской зоной разломов, протягивается зона интенсивной герцинской складчатости Бокового хребта. Ещё южнее, в зоне Главного хребта, выступает байкальский - раннегерцинский метаморфический комплекс, насыщенный герцинскими интрузнями гранитов. В приводораздельной полосе древние гранитно-метаморфические образования Главного хребта надвинуты на мезозой южного склона. К З. от верховьев р. Пшехи и к В. от долины р. Терек байкало-герцинское основание погружается под мощную глинисто-сланцевую формацию лейаса - доггера, которая образует на З. и В. Большого К. осевые антиклинории. Эта формация перекрыта флишем верхней юры - эоцена, смятым в изоклинальные складки и в ряде участков образующим тектонические покровы с амплитудой перемещения к Ю. до 20-25 км.На северном склоне флиш замещается известняками.

  Фундаментом Рионско-Куринской зоны межгорных прогибов и мегантиклинория Малого К. служит метаморфический комплекс верхнего докембрия - нижнего кембрия, прорванный герцинскими гранитоидами, который выступает на поверхность в Дзирульском, Храмском, Локском, Арзаканском и Мегринском массивах. Межгорная зона разделена Дзирульским массивом (Сурамский хребет) на две впадины (межгорных прогиба) - Рионскую на З. и Куринскую на В., в которых распространены мощные отложения молассового типа (конец палеогена - антропоген).

  Малый К. и Армянское нагорье отличаются наибольшей гетерогенностью строения. На С.-З. выделяется сложенная меловыми и палеогеновыми образованиями Аджаро-Триалетская зона. К Ю.-В. от Тбилиси её продолжением служит Сомхито-Карабахская зона пологоскладчатых вулканогенно-карбонатных толщ юры и мела. В пределах осевой Севано-Акеринской зоны широко развиты внедрения ультраосновных магматических пород. Южнее распространены обширные покровы молодых лав Ахалкалакского, Гегамского, Варденисского вулканических нагорий.

  К. богат залежами разнообразных полезных ископаемых. С девонскими вулканогенными толщами Бокового хребта, юрской сланцево-диабазовой формацией Главного хребта и южного склона Большого К., юрскими и меловыми вулканогенными толщами Малого К. связаны месторождения цветных металлов. Месторождения руд свинца и цинка известны в Северной Осетии и на южном склоне Большого К., в Грузии, меди и молибдена - в Кабардино-Балкарии (Тырныауз) и в Зангезуре (Армения), железных руд (магнетита) - в Азербайджане (Дашкесан); в том же районе - крупное месторождение алунитов (Заглик). Мировое значение имеет Чиатурское месторождение марганцевых руд. Имеются залежи каменного угля (Ткибули, Ткварчели). Нефть разрабатывается в восточном Азербайджане и в Чечено-Ингушетии, в Краснодарском и Ставропольском краях, в Дагестанской АССР. Большое значение приобрели газовые месторождения Краснодарского края и центрального Ставрополья. Богат К. и разнообразными минеральными водами, стройматериалами и др. полезными ископаемыми.

  Климат. К. расположен по границе умеренного и субтропического климатических поясов. Горная система Большого К. обостряет границу между ними, затрудняя перенос холодных воздушных масс с С. на Ю., в Закавказье, и тёплых с Ю. на С., в Предкавказье. Горная преграда в виде Большого К. особенно ощутима зимой, когда Предкавказье заполняется холодными массами воздуха, приходящими с С. и С.-В., а Закавказье защищено от их вторжения. Средние январские температуры составляют в Предкавказье -2, -5 °С ,в Западном Закавказье (Колхидская низменность) 4,5-6 °С, в Восточном Закавказье (Кура-Араксинская и Ленкоранская низменности) 1-3,3 °С. Летом температурные различия между северной и южной частями К. сглаживаются, более заметна разница в температурах западной (с более морским климатом) и восточной (континентальной) частей К. Средние июльские температуры на З. 23-24 °С, на В. 25-29 °С. Климат Западного Предкавказья умеренный континентальный, степной; Восточное Предкавказье имеет более континентальный и сухой, полупустынный климат. Колхидская низменность отличается влажным субтропическим климатом с мягкой зимой и большим количеством осадков (1200-1800 мми более в год). Ленкоранская низменность имеет тоже влажный субтропический климат (осадков за год около 1200 мм) ,но с сухим сезоном в начале лета. Сухой субтропический климат Кура-Араксинской низменности (осадков за год 200-400 мм,а на В. менее 200 мм) ,с мягкой зимой и обилием солнечного тепла летом, благоприятен для культуры хлопчатника. Сходен с ним климат Среднеараксинской котловины в Армянском нагорье.

  Горный рельеф Большого К. вызывает высотную климатическую поясность, выражающуюся в понижении температуры и сокращении вегетационного периода с высотой. На его горных склонах выпадает больше осадков, чем на соседних равнинах. С высоты около 2000 мпреобладает западный перенос воздуха, в связи с чем усиливается влияние Атлантического океана и Средиземного моря. Благодаря расположению Большого К. под углом к западным воздушным потокам наибольшее количество осадков (до 2500 и даже 4000 мм) получает склон Западного и Центрального Кавказа, обращенный на Ю.-Ю.-З. Это наиболее влажный район всего К. и СССР. Средняя температура воздуха для Большого К. на высоте 2000 мв январе около -8 °С, в августе (самый тёплый месяц) 13 °С. Выше господствуют холодный высокогорный климат с большой влажностью и нивальный климат высоких гребней. В северной части Черноморского побережья К. (район Новороссийска - Геленджика) климат средиземноморского типа с влажной зимой и сухим летом.

  Малый К. на внешних (по отношению к Закавказскому нагорью) склонах имеет климат, сходный с климатом противоположных склонов Большого К. на соответствующих высотах. На З. гораздо больше осадков, чем на В. На склонах Талышских гор климат влажный, с годовым количеством осадков до 1700 мм.Во внутренней области Закавказского нагорья (Армянское нагорье) климат гораздо более континентальный (на высоте 2 тыс. мсредняя температура января -12 °С, июля 18 °С), чем на соответствующих высотах Большого К. Снежный покров держится 4-5 мес.Осадков за год выпадает 450-550 мм,максимум их весенний. Умеренно холодный континентальный климат нагорных степных плато на высоких хребтах и массивах сменяется более влажным высокогорным климатом с прохладным летом и продолжительной холодной зимой.

  Оледенениешироко распространено в области Большого К. Общее число ледников достигает 2200; они занимают 1430 км;Около 70% всех ледников и площади оледенения приходится на северный склон и 30% - на южный. Большая интенсивность оледенения северного склона объясняется его орографическими особенностями и большей заснеженностью в связи с метелевым переносом снега западными ветрами за гребень Водораздельного хребта В Западном и Центральном Кавказе оледенение значительнее, чем в Восточном, где климат континентальное. Наибольшие площади ледников приходятся на самый высокий Центральный К. Длина некоторых ледников здесь более 12 км(Дыхсу, Безенги и Караугом на северном склоне, Лекзири и Цанери - на южном). Мощным ледниковым узлом является Эльбрус; сходно, но менее мощно оледенение Казбека. В Закавказском нагорье современное оледенение ничтожно, небольшие ледники встречаются лишь на вершине Арагаца и в самой высокой части Зангезурского хребта.

  Реки и озёра.Реки К. принадлежат к бассейну Каспийского (Кура с Араксом, Сулак, Терек, Кума), Чёрного (Риони, Ингури и др.) и Азовского (Кубань) морей. Распределение стока и режим рек зависят главным образом от климатических условий и рельефа. Для Большого К. характерны реки с длительным (около 6 мес.) половодьем в тёплую часть года; в питании их участвуют вечные снега и льды и поздно стаивающий в высокогорье сезонный снег. Близок к этому типу режим рек, начинающихся в наиболее высоких хребтах и массивах Закавказского нагорья (Арагац, Зангезурский хребет, Муровдаг) и в тех участках южного склона Большого К., где нет ледников. Для остальных рек Закавказского нагорья характерно весеннее половодье. На реках южного склона Большого К. наряду с весенним половодьем характерны летние паводки. Реки Предкавказья, за исключением текущих с Большого К., имеют весеннее половодье и зимний ледостав, летом сильно мелеют, частью пересыхают. Ставрополье искусственно обводнено из р. Кубань. Для рек К., начинающихся в районах без устойчивого снежного покрова, характерны паводки от ливневых дождей и быстрого стаивания снега. Дополнительным источником их питания служат подземные воды. Паводки случаются в течение всего года (Черноморское побережье южнее Сочи, Колхидская низменность и др.), в тёплый сезон (в передовых хребтах северного склона Большого К., в бассейне Терека) и в холодное полугодие (западная оконечность Большого К. и северная часть Черноморского побережья). Для многих рек Восточной и части Центрального Кавказа характерны сели. Передовые известняковые хребты Большого К. имеют карстовые реки, местами исчезающие под землёй и вновь появляющиеся на поверхность. Режим их, как и рек вулканической области Армянского нагорья, зарегулирован за счёт большого участия в питании подземных вод. Крупные реки, получающие притоки из разных областей, имеют комбинированный режим. Большинство крупных рек К. в верховьях имеют горный характер и протекают в троговых долинах и ущельях, а в низовьях текут спокойнее в широких долинах.

  Низовья Куры, Кубани и Риони судоходны. Воды многих рек используются для орошения засушливых районов Предкавказья, Куринской впадины и Среднеараксинской котловины. На реках К. сооружено много ГЭС (Мингечаурская и Земо-Авчальская на Куре, Храмская, Рионская, ряд ГЭС на реках Большого К.).