formarea bulelor de gaz într-un lichid. Termenul a fost introdus ca. 1894 de către inginerul britanic R. Froude. Dacă presiunea în orice punct al lichidului devine egală cu presiunea de vapori saturați a lichidului, lichidul în această locație este vaporizat și formează o bulă de vapori. Un exemplu este fierberea apei. Când apa este încălzită, presiunea vaporilor saturați crește. Când se atinge punctul de fierbere, presiunea de vapori devine egală cu presiunea ambiantă, iar bulele de aburi apar în apă.
Buburile de abur într-un lichid sunt mai ușor formate sub presiune redusă. Atunci când presiunea atmosferică devine mai mare decât presiunea saturată a vaporilor lichidului, bulele de cavitație se prăbușesc cu forță. Un astfel de colaps de bule creează zgomot, provoacă vibrații și daune structurale, afectează negativ funcționarea mașinilor și mecanismelor relevante. Scăderea locală a presiunii în lichid are loc cu mișcarea relativă rapidă a corpului și a lichidului.
Actul Bernoulli. Conform legii Bernoulli, într-un fluid lipsit de frecare, energia este constantă de-a lungul fluxului. Acest lucru poate fi exprimat prin egalitate
unde p este presiunea. este densitatea și v este viteza. Indicii 0, 1 și 2 se referă la orice trei puncte dintr-o linie curentă dată.
Din această egalitate rezultă că, pe măsură ce viteza crește, presiunea locală scade (proporțional cu pătratul vitezei). Orice particulă de fluid care se deplasează de-a lungul unei linii curbate, de exemplu profilul profilului (figura 1), accelerează și suferă o scădere a presiunii locale. Dacă presiunea scade la presiunea saturată a vaporilor, apare cavitația. Acesta este mecanismul fenomenului de cavitație asupra hidrofoanelor, elicelor, lamelor de turbină și a lamelor pompelor.
În cazul unui lichid care curge printr-o conductă, conform legii conservării masei (ecuația de continuitate) crește rata de lichid în zonele constricției țeavă unde cavitația este de asemenea posibilă.
Factorul de cavitație. Fenomenul de cavitație este exact același pentru fluxul din jurul corpului imobil și pentru mediul în care se mișcă corpul. În ambele cazuri, numai viteza relativă și presiunea absolută sunt importante. Relația dintre presiune și viteză la care apare cavitația este dată de un criteriu fără dimensiuni. care este numit coeficientul de cavitație (numărul de cavitație) și este determinat de expresie
unde pv este presiunea de vapori saturată a unui lichid la o temperatură dată.
Tipuri de cavitație. În Fig. Figura 2 prezintă cavitația pe un hidrofoan fix fixat într-un tub hidrodinamic de mare viteză. La un anumit debit de apă, presiunea locală la suprafața aripii este redusă la presiunea vaporilor de apă. Cavitățile cavitale apar pe suprafața aripii. Bulele cresc, schimbându-se în direcția curentului. (Deoarece bulele se formează în apropierea suprafeței aripii, ele au o formă hemisferică.) Acest tip de cavitație se numește cavitație non-staționară de bubble. Dacă există o proiecție pe suprafață, bulele se concentrează pe ea. O asemenea cavitație staționară este de asemenea prezentată în Fig. 2.
Cavitația poate apărea în zona de vârtejuri formate în locuri cu forfecare mărită și presiune scăzută. Cavitația vortexului este adesea observată la marginea anterioară a aripilor subacvatice, la marginile de vârf ale lamelor și în spatele butucului elicei. Apariția simultană a diferitelor tipuri de cavitație este posibilă. În Fig. 3 prezintă o elice marine cu cavitație vortex la marginile de vârf ale lamelor, cavernele de cavitație staționară de pe suprafața lamelor și o cavitație de vortex atașată în spatele butucului. Cavitația într-un lichid cauzat de un val de sunet se numește acustică.
Cavitația și tehnologia. Viteza fluxului este de obicei redusă la marginea posterioară a profilului. Aici, presiunea devine mai mare decât presiunea de vapori. De îndată ce condițiile favorabile pentru cavitație dispar, bulele se prăbușesc imediat. Energia eliberată de colapsul bulelor este foarte semnificativă.
Eroziunea. Energia mare disipată de prăbușirea bulelor de cavitație poate duce la deteriorarea suprafețelor structurilor subterane, elicelor, turbinelor, pompelor și chiar ansamblurilor reactorului nuclear. Scara acestui fenomen, numită eroziune hidraulică, poate fi diferită - de la eroziunea punctului de suprafață după mulți ani de funcționare până la eșecul catastrofal al structurilor mari.
Vibrații. Cavitația asupra elicelor poate provoca fluctuații periodice ale presiunii care acționează asupra corpului și a centralelor electrice. Vibrația de cavitație a navei creează condiții inconfortabile pentru pasageri și echipaj.
Eficiență și viteză. Cavitația poate crește semnificativ rezistența hidrodinamică, rezultând o eficiență redusă a echipamentelor hidraulice. Cavitația excesivă pe elice poate reduce efortul său și limitează viteza maximă a navei; Cavitația poate fi, de asemenea, cauza unei scăderi a performanței turbinei sau a pompei și chiar a defectării acesteia.
Zgomot. Unele din energia eliberată de prăbușirea bulelor de cavitație se transformă în unde sonore. Acest zgomot este în mod particular nedorit în vasele navale, deoarece crește probabilitatea de detectare a acestora.
De regulă, cavitația este nedorită (în tehnologie marină și turbo-pompă). Dar, în unele cazuri, este provocată în mod deliberat. Un exemplu este un monitor jet cavitational. Energia mare eliberată de colapsul bulelor de cavitație într-un jet de apă este folosită pentru forarea (datorită eroziunii) a rocilor și pentru tratarea suprafeței.
Acțiune biologică. Cu ajutorul examinării medicale ultrasunete, bulele de cavitație pot apărea și cresc în țesuturile biologice. În prezența cavitației, ultrasunetele de înaltă intensitate pot provoca leziuni tisulare. A se vedea și HIDROAEROMECHANICA
; SONAR
; ECOGRAFIE
.