Войти
Модель кавитационного винта в водном туннеле 
Кавитационное повреждение тарелки клапана для аксиально-поршневого гидравлического насоса.
Воспроизвести носитель В этом видео кавитация в шестеренчатом насосе .
Кавитационное повреждение очевидно на гребном винте гидроцикла. 
Бронзовый гребной винт на речной барже с антикавитационной пластиной над винтом. Кавитация - это явление, при котором быстрые изменения давление в жидкости приводят к образованию небольших заполненных паром полостей в местах, где давление относительно низкое.
Под воздействием более высокого давления эти полости, называемые «пузырьками» или «пустотами», схлопываются и могут генерировать ударную волну, которая сильна очень близко к пузырьку, но быстро ослабевает, когда он распространяется от пузыря.
Кавитация является причиной износа в некоторых инженерных контекстах. Коллапсирующие пустоты, которые взрываются рядом с металлической поверхностью, вызывают циклическое напряжение в результате повторяющегося взрыва. Это приводит к поверхностной усталости металла, вызывая вид износа, также называемый «кавитацией». Наиболее частыми примерами такого износа являются рабочие колеса насоса и изгибы, когда происходит резкое изменение направления жидкости. Кавитация обычно делится на два класса поведения: инерционная (или переходная) кавитация и неинерционная кавитация.
Процесс, при котором пустота или пузырь в жидкости быстро схлопывается, создавая ударную волну, называется инерционной кавитацией. В природе инерционная кавитация возникает при ударах креветок-богомолов и креветок-пистолетов, а также сосудистых тканей растений. В искусственных объектах это может происходить в регулирующих клапанах, насосах, гребных винтах и рабочих колесах.
Неинерционная кавитация - это процесс в пузырек в жидкости вынужден колебаться по размеру или форме из-за некоторой формы подводимой энергии, такой как акустическое поле. Такая кавитация часто используется в ваннах для ультразвуковой очистки, а также может наблюдаться в насосах, гребных винтах и т. Д.
Временные волны, при схлопывании пустот, достаточно сильны, чтобы вызвать повреждение Для деталей кавитация, как правило, нежелательное явление в оборудовании (хотя желательна, если она специально используется, например, для стерилизации загрязненных хирургических инструментов), разложения жидкостей загрязняющих веществ в системе очистки воды, эмульгирования ткани для хирургии катаракты или почечного камня литотрипсия или гомогенизация остей). Его очень часто специально избегают при проектировании машин, таких как турбины или гребные винты, устранение кавитации основной области исследования гидродинамики. Однако иногда это полезно и вызывает повреждения, когда пузырьки схлопываются вдали от оборудования, например, в суперкавитации.
Инерционная кавитация впервые была обнаружена в конце 19 века, когда рассматривался коллапс сферической пустоты внутри жидкости. Когда объем жидкости подвергается воздействию низкого давления, он может разорваться и образовать полость. Это явление называется возникновением кавитации и может происходить за лопастью быстро вращающегося гребного винта или на любой поверхности, вибрирующей в жидкости с достаточной амплитудой и ускорением. Быстрая река может вызвать кавитацию на поверхности скал, особенно при обрыве, например, на водопаде.
Другие способы создания кавитационных пустот включают локальное выделение энергии, например интенсивный сфокусированный лазерный импульс (оптическая кавитация) или электрический разряд через искру. Пар газы испаряются в полость из окружающей среды; Таким образом, в полости не идеальный вакуум, а относительно низкое давление газа. Такой пузырь низкого давления в жидкости начинает схлопываться из-за более высокого давления окружающей среды. Когда пузырек схлопывается, давление и температура пара внутри него повышаются. Пузырь в конечном итоге схлопывается до мельчайшей своего первоначального размера, после чего газ внутри рассеивается в глобальной жидкости с помощью довольно мощного механизма, высвобождающего значительное количество энергии в виде акустической ударной волны. и как видимый свет. В момент полного схлопывания температура пара внутри пузырька может составлять несколько тысяч кельвин, а давление несколько сотен атмосфер.
Инерционная кавитация также может возникать при наличии акустическое поле. Микроскопические пузырьки газа, которые обычно присутствуют в жидкости, вынуждены колебаться из-за приложенного акустического поля. Если интенсивность звука достаточно высока, пузырьки сначала увеличиваются в размере, а затем быстро схлопываются. Следовательно, инерционная кавитация может возникнуть, даже если разрежение в жидкости недостаточно для образования рэлеевской пустоты. Вной ультразвуковой аппаратуре обычно используется инерционная кавитация микроскопических пузырьков вакуума для обработки поверхностей, жидкостей и шламов.
Физический процесс возникновения кавитации аналогичен кипению. Основное различие между ними - это термодинамические пути, которые предшествуют образованию пара. Кипение происходит, когда локальная температура жидкости достигает насыщения, и дополнительное тепло, позволяющее жидкость в достаточной степени фазовый переход в газе. Начало кавитации происходит, когда локальное давление значительно ниже давления насыщенного пара, значения, определяемые пределом прочности жидкости на разрыв при номинальном давлении.
Для возникновения кавитации кавитация «пузырится». обычно нужна поверхность, на которой они могут зародиться. Эта поверхность может быть обеспечена стенками контейнера, примесями в жидкости или небольшими нерастворенными микропузырьками внутри жидкости. Принято считать, что гидрофобные поверхности стабилизируют маленькие пузырьки. Эти уже испытываемого пузыри начинается беспрепятственно расширяется, подвергаясь воздействию порогом Блейка.
Давление пара здесь отличается от метеорологического определения давления пара, которое является парциальным давлением воды в атмосфере при некотором значении менее 100% насыщения. Давление пара, связанное с кавитацией, относится к давлению пара в условиях равновесия и поэтому может быть более точно определено как равновесное (или насыщенное) давление пара.
Неинерционная кавитация - это процесс, при котором в жидкости вынуждены колебаться в условиях акустического поля, когда интенсивность акустического поля недостаточна для полного схлопывания пузыря. Эта форма кавитации вызывает значительно большую эрозию. которое происходит в результате уменьшения и последующего увеличения жидкости местного давления. Кавитация восстановления происходит только в случае, если местное давление снизится до некоторой точки ниже давления насыщенного пара жидкости и последующего выше давления пара. Если давление восстановления не выше давления пара, говорят, что произошло мгновенное испарение. В трубопроводных системах кавитация обычно возникает либо в результате увеличения кинетической энергии (через сужение площади), либо в результате увеличения высоты трубы.
Гидродинамическая кавитация может быть вызвана пропусканием жидкости через суженный канал с определенным скоростью потока или механическим вращением объекта в жидкости. В случае суженного канала и в зависимости от конкретной (или уникальной) системы геометрии, комбинация давления и кинетической энергии может создать гидродинамическую кавитационную каверну ниже по потоку от локального сужения, генерирующую кавитационные пузыри высокой энергии.
На основании термодинамической диаграммы фазового перехода температуры может инициировать механизм фазового перехода, известный как кипение. Однако снижение статического давления может помочь пройти многофазную диаграмму и другой механизм фазового перехода, существующий как кавитация. С другой стороны, локальное увеличение скорости может привести к падению статического давления до критической точки, в которой может начаться кавитация (на основе принципа Бернулли). Критическая точка давления - давление насыщенного пара. В замкнутой гидравлической системе, в которой утечка потока не обнаружена, уменьшение площади поперечного сечения приводит к увеличению скорости и, следовательно, падению статического давления. Это принцип работы многих реакторов на основе гидродинамической кавитации для различных применений, таких как водоочистка, сбор энергии, улучшение теплопередачи, переработчика пищевых продуктов и т. Д.
По мере развития кавитационного потока появляются разные модели потока, а именно: зарождение, развитый поток, суперкавитация и сжатый поток. Начало - это первый момент появления в системе второй фазы (газовой фазы). Это самый слабый кавитационный поток, захваченный в системе, соответствующий наивысшему кавитации . Когда полости увеличиваются в размерах в конструкциях с отверстиями или Вентури, регистрируется развивающийся поток. Наиболее интенсивный кавитирующий поток как известен суперкавита, когда теоретически вся площадь сопла заполнена пузырьками газа. Этот режим потока соответствует самому низкому процессу кавитации в системе. После суперкавитации система не может пропускать больший поток. Следовательно, скорость не изменяется при увеличении давления на входе. Это привело бы к увеличению числа кавитации, что свидетельствует о возникновении закупоренного потока.
Процесс образования пузырьков и последующий рост и схлопывание кавитационных пузырьков приводит к очень высокой плотности энергии и очень высокого локального давления на поверхности пузырьков в течение очень короткого времени. Таким образом, общая жидкая среда остается в условиях окружающей среды. В неконтролируемом состоянии кавитация разрушительна; тем не менее, контролируемая поток кавитации, можно использовать мощность, не разрушающую ее. В процессе образуются радикалы из-за диссоциации паров, захваченных в кавитирующих пузырьках.
Отверстия и Вентури широко используются для генерации кавитация. Трубка ВМС имеет неотъемлемое преимущество перед отверстием из-за ее гладких сужающихся и расходящихся секций, так что она может вызвать более высокую скорость потока в горловине при заданном перепаде давления на нем. С другой стороны, отверстие имеет то преимущество, что оно может вместить большее количество отверстий (больший периметр отверстий) в заданной площади поперечного сечения трубы.
Явлением можно управлять для улучшения производительности высокоскоростных морских судов и снарядов, а также технологии обработки материалов, в медицине и т. д. Управление кавитационными потоками в жидкостях может быть достигнуто путем развития математического обоснования кавитационных процессов. Эти процессы проявляются по-разному, наиболее распространенными и перспективными для управления пузырьковая кавитация и суперкавитация. Первое точное классическое решение, вероятно, следует отнести к известному решению Германа фон Гельмгольца в 1868 году. Самые ранние выдачи исследования академического типа по теории кавитирующего потока со свободными границами и суперкавитации были опубликованы в книге Струи, следы и каверны, за которым следует Теория струй идеальной жидкости. В этих книгах широко использовалась развитая теория конформных отображений функций комплексного переменного, позволяющая получить большое количество точных решений плоских задач. Эта усовершенствованная прикладная методика расчета, основанная на принципах независимости от расширения полости, теории пульсаций и устойчивости вытянутых осесимметричных полостей и т. Д., Представляет собой одну площадку, подходящую приближающие точные решения с помощью эвристических моделей, которая исследована в работе «Гидродинамика со свободными границами». Д. и "Методы размерности и подобия в задачах гидромеханики судов".
Естественное продолжение этих исследований было представлено в "Гидродинамике кавит этих потоков", охватывающем все лучшие достижения в области последних трех десятилетий и сочетая классические методы математических исследований с современными возможностями компьютерных технологий. Уточнение известных плоских линейных теорий, развитие асимптотических теорий осесимметричных и почти осесимметричных течений и т. Д. По с классическими подходами новое направление отличается расширением теории в трехмерных потоки. Это также отражает определенную корреляцию с текущими работами прикладного характера по гидродинамике суперкавитирующих тел.
Гидродинамическая кавитация также может улучшить некоторые производственные процессы. Например, кавитированная кукурузная суспензия показывает более высокие выходы при производстве этанола по сравнению с некавитированной кукурузной суспензией в установках для сухого помола.
Она также используется для минерализации био-огнеупорных соединений, которые в процессе пребывают в условиях превышения температуры и давления, поскольку в процессе образуются свободные радикалы из-за диссоциации паров, захваченных в кавит пузырьках, что приводит либо к интенсификации химической реакции, либо может привести к распространению факторов, невозможных в силе
В промышленности кавитация часто используется для гомогенизации или смешивания и разрушения взвешенных частиц в коллоидное жидкое соединение, такое как смеси красок или молоко. Многие промышленные смесительные машины основаны на этом принципе конструкции. Обычно это достигается за счет конструкции рабочего колеса или путем нагнетания смеси через кольцевое отверстие, имеет узкое входное отверстие с большим большим отверстием. В последнем случае резкое снижение давления по мере того, как жидкость ускоряется в большем объеме, вызывает кавитацию. Этим методом можно управлять с помощью гидравлических устройств, которые регулируют размер входного отверстия, что позволяет динамически регулировать процесс во время процесса или его для различных веществ. Поверхность смесительного клапана этого типа, поверхность которой сталкивается, сталкиваются кавитационные пузырьки, вызывая их схлопывание, испытывает огромные механические и тепловые локальные нагрузки; поэтому они часто изготавливаются из сверхтвердых или вязких материалов, таких как нержавеющая сталь, стеллит или даже поликристаллический алмаз (PCD).
Кавитирующие устройства для очистки воды также были разработаны, в которых в экстремальных условиях кавитации могут разрушаться загрязняющие вещества и органические молекулы. Спектральный анализ света, излучаемого в сонохимических реакциях, раскрывает химические и плазменные механизмы передачи энергии. Свет, излучаемый кавитационными пузырьками, называется сонолюминесценцией.
Использование этой технологии было успешно опробовано при щелочной очистке растительных масел.
Гидрофобные химические вещества притягиваются под водой кавитацией, поскольку разница давлений между пузырьками и жидкая вода заставляет их соединиться. Этот эффект может способствовать сворачиванию белка.
Кавитация играет важную роль в разрушении камней в почках при литотрипсии ударной волной. В настоящее время проводятся испытания на предмет того, можно ли использовать кавитацию для переноса больших молекул в биологические клетки (сонопорация ). Азотная кавитация - это метод, используемый в исследованиях для лизиса клеточных мембран, при этом органеллы остаются нетронутыми.
Кавитация играет ключевую роль в нетепловом, неинвазивном фракционировании ткани для лечения различных заболеваний и может использоваться для открытия гематоэнцефалического барьера для увеличения поглощения неврологические препараты в головном мозге.
Кавитация также играет роль в HIFU, методике термического неинвазивного лечения рака.
ран, вызванных высокоскоростными ударами (например, например, пулевые ранения) есть также эффекты, связанные с кавитацией. Точные механизмы ранения еще полностью не изучены, так как существует временная кавитация и постоянная кавитация вместе с дроблением, разрывом и растяжением. Кроме того, большая разница в плотности внутри тела затрудняет определение его эффектов.
Ультразвук иногда используется для увеличения костеобразования, например, в послеоперационных процедурах.
Было предложено что звук «трескания» суставов происходит из-за разрушения кавитации в синовиальной жидкости внутри сустава.
При промышленной очистке кавитация имеет достаточную мощность для преодоления сил адгезии частиц к субстрату, разрыхления загрязнений. Пороговое давление, необходимое для инициирования кавитации, сильно зависит от ширины импульса и потребляемой мощности. Этот метод работает путем создания акустической кавитации в очищающей жидкости, улавливания и уноса загрязняющих частиц в надежде, что они не прикрепятся к очищаемому материалу (что возможно, когда объект погружен, например, в ванну для ультразвуковой очистки.). Те же физические силы, которые удаляют загрязнения, также могут повредить очищаемую цель.
Кавитация применяется для пастеризации яиц. Ротор с заполненными отверстиями создает кавитационные пузырьки, нагревая жидкость изнутри. Поверхности оборудования остаются более холодными, чем проходящая жидкость, поэтому яйца не затвердевают, как на горячих поверхностях старого оборудования. Интенсивность кавитации можно регулировать, что позволяет настроить процесс для минимального повреждения белка.
Кавитационное повреждение турбины Фрэнсиса.Кавитация во многих случаях является причиной нежелательное явление. В таких устройствах, как гребные винты и насосы, кавитация вызывает сильный шум, повреждение компонентов, вибрацию и снижение эффективности. Кавитация также стала проблемой в секторе возобновляемых источников энергии, поскольку она может возникать на поверхности лопастей турбин с приливным потоком.
. Когда кавитационные пузырьки схлопываются, они заставляют энергичную жидкость превращаться в очень маленькие объемы, тем самым создавая точки с высокой температурой. и испускание ударных волн, последние из которых являются источником шума. Шум, создаваемый кавитацией, является особой проблемой для военных подводных лодок, поскольку он увеличивает шансы быть обнаруженным пассивным гидролокатором.
, хотя обрушение небольшой каверны является событием с относительно низкой энергией. сильно локализованные обрушения могут со временем разрушать металлы,такие как сталь. Точечная коррозия, вызванная разрушением полостей, приводит к сильному износу компонентов и может значительно сократить срок службы гребного винта или насоса.
После того, как поверхность подверглась воздействию кавитации, она тенденцию к эрозии с ускоряющейся скоростью. Кавитационные ямы увеличивают турбулентность потока жидкости и щели, которые представляют собой места зарождения кавитационных пузырьков. Ямки также увеличивают площадь поверхности компонентов и оставляют после себя остаточные напряжения. Это делает поверхность более подверженной коррозии под напряжением.
Основные места, где возникает кавитация, находятся в насосах, на гребных винтах или в местах ограничения протекающей жидкости.
Лопасти рабочего колеса (в насосе) или гребного винта (как в случае корабля или подводной лодки) движутся через жидкость, образуются области низкого давления, когда жидкость ускоряется вокруг и движется мимо лопастей. Чем быстрее движется лезвие, тем меньше давление вокруг него. По достижению давления пара жидкость испаряется и образует небольшие пузырьки газа. Это кавитация. Когда пузырьки схлопываются позже, они обычно вызывают очень сильные локальные ударные волны в жидкости, которые могут быть слышны и могут даже повредить лопасти.
Кавитация в насосах может происходить в двух различных формах:
Всасывающая кавитация возникает, когда всасывающая способность насоса находится в условиях низкого давления / высокого вакуума, когда жидкость превращается в пар на ушке рабочего колеса насоса. Этот пар переносится на нагнетательную сторону насоса, где он больше не видит вакуума и сжимается обратно в жидкость под давлением нагнетания. Это взрывное действие происходит с большой силой и воздействует на поверхность рабочего колеса. Рабочее колесо, которое работало в условиях всасывающей кавитации, может иметь большие куски материала, удаленные с его поверхности, или очень маленькие кусочки материала, из-за чего рабочее колесо может выглядеть губчатым. Оба случая приведут к преждевременному выходу насоса из строя, часто из-за выхода из строя подшипника. Всасывающая кавитация часто определяется по звуку гравия или мрамора в корпусе насоса.
Общие причины кавитации всасывании засорения фильтров, засорения трубопровода на стороне всасывания, плохую конструкцию трубопроводов, слишком сильную работу насоса по кривой насоса или условия, не соответствующие требованиям NPSH (чистый положительный напор на всасывании).
В автомобилех засоренный фильтр в гидравлической системе (гидроусилитель руля, гидроусилители тормозов) может вызвать кавитацию всасывания, создающую шум, который повышается и понижается синхронно с вращением двигателя. Довольно часто это пронзительный вой, как будто нейлоновые шестерни неправильно зацепляются.
Кавитация на нагнетании возникает, когда происходит высокое, обычно это в насосе давление нагнетания, который работает на уровне менее 10% от наилучшего КПД. Высокое давление нагнетания приводит к тому, что большая часть жидкости циркулирует внутри насоса, а не выходит за пределы нагнетания. Когда жидкость обтекает крыльчатку, она должна проходить через небольшой зазор между крыльчаткой и корпусом насоса с высокой скоростью потока. Эта скорость потока вызывает образование вакуума на стенке (аналогично тому, что происходит в Вентури ), который превращает жидкость в пар. Насос, работающий в этих условиях, показывает преждевременный износ наконечников лопастей рабочего колеса и корпуса насоса. Кроме того, из-за условий высокого давления можно ожидать преждевременного выхода из строя механического уплотнения и подшипников насоса. В экстремальных условиях это может привести к поломке вала рабочего колеса.
Разрядная кавитация в суставной жидкости, как они полагают, представляет собой комплексное соединение, производимый костным растрескиванием сустава, например, при преднамеренном хрусте суставов.
Все насосы требуют развитого входного потока для удовлетворения своего потенциала, как ожидалось, из-за неправильной компоновки всасывающего трубопровода, например, закрытого -колено на впускном фланце. Когда слабо развитый поток попадает в рабочее колесо насоса, он ударяется о лопатки и не может следовать за проходом колеса. Затем отделяется от лопастей, вызывая механические проблемы из-за кавитации, вибрации и проблем производственной жидкостью из-за турбулентности и плохого заполнения крыльчатки. Это приводит к преждевременному выходу из строя уплотнения, подшипника и рабочего колеса, высоким затратам на техническое обслуживание, высокому энергопотреблению и меньшему напору и / или расходу.
Чтобы иметь хорошо развитую схему потока, в руководствех производителей насосов рекомендуется проложить (10 диаметров?) Прямой участок трубы перед входным фланцем насоса. К сожалению, проектировщики трубопроводов и персонал вынуждены мириться с ограничениями по пространству и расположению оборудования и обычно не могут выполнить эту рекомендацию. Вместо этого обычно используют колено, плотно соединенное с всасывающим патрубком насоса.
Насос двойного всасывания привязан к моноблочному колену, вызовет снижение надежности и производительности. Локоть поток неравномерно, больше направляется к внешней стороне локтя. Следовательно, одна сторона крыльчатки двойного всасывания получает больший поток при более высокой скорости потока и давление в то время как сторона с ограниченным объемом принимает сильно турбулентный и высокий опасный поток. Это снижает общую производительность насоса (напор, расход и потребляемую мощность) и вызывает осевой дисбаланс, который сокращает срок службы уплотнения, подшипников и рабочего колеса. Чтобы преодолеть кавитацию: по возможности увеличить давление всасывания. Если возможно, уменьшите температуру жидкости. Снова дросселируйте нагнетательный клапан, чтобы уменьшить расход. Выпустить газы из корпуса насоса.
Кавитация может возникнуть в регулирующих клапанах. Если фактическое падение давления на клапане, определяется давление на входе и выходе в системе, чем позволяют расчет размеров, может произойти мгновенное давление или кавитация. Переход из жидкого состояния в парообразное происходит в результате увеличения скорости потока в точке наибольшего ограничения потока или сразу после него. Чтобы поддерживать постоянный поток жидкости через клапан, скорость должна быть максимальной в сокращенной вене или в точке, где площадь поперечного сечения наименьшая. Это увеличение скорости потока сопровождается значительным снижением давления жидкости, которое частично восстанавливается ниже по потоку. Это восстановление давления никогда не бывает полностью до уровня давления на входе. Если давление в сокращенной вене падает ниже давления пара жидкости, в потоке образуются пузырьки. Если после клапана восстанавливается до давления, происходит снова давление пара, пузырьки пара схлопываются и возникает кавитация.
Когда вода протекает через плотину водосброс, неровности на поверхности водосброса создают небольшие участки потока при высокоскоростном потоке, и в этих регионах давление будет понижено. Если скорости потока достаточно высоки, давление может упасть ниже местного давления пара воды, и образуются пузырьки пара. Когда они уносятся вниз по потоку в область высокого давления, пузырьки схлопываются, вызывая высокое давление и возможное кавитационное повреждение.
Экспериментальные исследования показывают, что повреждение бетонного желоба и водосбросов туннелей может начаться при скорости чистого потока воды от 12 до 15 м / с (27 и 34 миль в час), а также до при скорости потока 20 м / с (45 миль в час) можно защитить поверхность, обтекая границы, улучшая отделку поверхности или используя стойкие материалы.
Когда в воде присутствует немного воздуха, в результате получается смесь сжимается, и это гасит высокое давление, вызванное схлопыванием пузыря. Если скорости потока около обратного водосброса достаточно высоки, необходимо установить аэраторы (или аэрационные устройства) для предотвращения кавитации. Несмотря на то, что они были установлены в течение нескольких лет, механизмы вовлечения воздуха в аэраторы и медленное движение воздуха от поверхности водосброса все еще остаются проблематичными.
Конструкция устройства аэрации водосброса на основе небольшого отклонения дна водосброса (или боковой стенки), например, аппарель и смещение потока с высокой скоростью потока от поверхности водосброса. В полости, образованной под покрывалом создается локальное пониженное давление под покрывалом, за счет которого воздух всасывается в поток. Полная конструкция включает в себя отклоняющее устройство (аппарель, смещение) и систему подачи воздуха.
Некоторые более крупные дизельные двигатели страдают от кавитации из-за высокого сжатия и недостаточного размера стенок цилиндра. Вибрация стенки цилиндра вызывает поперечное низкое и высокое давление охлаждающей жидкости на стенку цилиндра. Результатом является точечная коррозия стенки цилиндра, которая в конечном итоге позволит охлаждающей жидкости просочиться в цилиндр, а газообразные продукты сгорания - в охлаждающую жидкость.
Предотвратить это можно с помощью химических добавок в охлаждающую жидкость, которая образуют защитный слой на стенке цилиндра. Этот слой подвергнется той же кавитации, но восстановится. Кроме того, регулируемое избыточное давление в системе охлаждения (регулируемое и поддерживаемое пружины крышки заливной горловины охлаждающей жидкости) предотвращает образование кавитации.
Примерно с 1980-х годов новые конструкции меньших бензиновых двигателей также демонстрировали явления кавитации. Один из ответов на потребность в меньших и более двигателях был меньший объем охлаждающей жидкости и, соответственно, более высокую скорость потока охлаждающей жидкости. Это привело к быстрым изменениям скорости потока и, следовательно, к быстрым изменениям статического давления в областях с высокой теплопередачей. Когда образовавшиеся пузырьки пара схлопывались о поверхность, они сначала разрушали защитные оксидные слои (литых алюминиевых материалов), многократно повторно образованную поверхность, предотвращая действие некоторых типов ингибиторов коррозии (например, ингибиторов на силикатной основе).. Последней проблемой было влияние повышенной температуры материала на относительную электрохимическую реакционную способность основного металла и его легирующие компоненты. В результате образовались глубокие ямы, которые смогли образоваться и проникнуть в головку двигателя в течение нескольких часов, когда он работал с высокой нагрузкой и высокой скоростью. Этих эффектов можно в значительной степени избежать, используя органические ингибиторы коррозии или (предпочтительно) сконструировав головку двигателя таким образом, чтобы избежать определенных условий, вызывающих кавитацию.
Некоторые гипотезы, касающиеся образования алмазов, предполагают возможную роль кавитации, а именно кавитации в кимберлитах трубы, обеспечивающие экстремальное давление, необходимое для превращения чистого углерода в редкий аллотроп, который является алмазом. Три самых громких звука, когда-либо зарегистрированных во время извержения Кракатау 1883 года, теперь понимаются как взрывы трех огромных кавитационных пузырей, каждый из которых больше предыдущего, образовавшихся в горле вулкана. Поднимающаяся магма, наполненная растворенными газами и находящаяся под огромным давлением, столкнулась с другой магмой, которая легко сжималась, позволяя пузырям расти и объединяться.
Внутри кварца и других минералов существуют макроскопические белые ламели Богемский массив, напоминающий волновые фронты, образованные ударом метеорита согласно Гипотезе Райлиха. Гипотетические волновые фронты состоят из множества микрополостей. Их происхождение видно в физическом явлении ультразвуковой кавитации.
Кавитация возникает в ксилеме сосудистых растений, когда давление воды внутри ксилемы превышает атмосферное давление. сок локально испаряется, так что либо элементы сосуда, либо трахеиды заполнены водяным паром. Растения способны восстанавливать кавитированную ксилему несколькими способами. Для растений менее 50 см давления корней может быть достаточно для повторного растворения пара. Более крупные растения направляют растворенные вещества в ксилему через лучевые клетки или в трахеиды посредством осмоса через ямки с окаймлением. Растворенные вещества притягивают воду, давление повышается, и пар может снова растворяться. На некоторых деревьях слышен звук кавитации, особенно летом, когда уровень эвапотранспирации самый высокий. Некоторым лиственным деревьям приходится сбрасывать листья осенью отчасти из-за того, что кавитация увеличивается при понижении температуры.
Кавитация играет роль в механизмах распространения спор некоторых растений. В папоротниках, например, спорангий папоротника действует как катапульта, запускающая споры в воздух. Фаза зарядки катапульты происходит за счет испарения воды из ячеек кольцевого пространства, что вызывает снижение давления. При отрицательном давлении возникает примерно 9 МПа, возникает кавитация. Это быстрое распространение спор из-за упругой энергии, выделяемой структурой кольцевого пространства. Начальное ускорение спор велико - до 10 раз больше ускорение свободного падения.
Так же, как кавитационные пузырьки образуются на быстро вращающемся гребном винте лодки, они могут также образовываться на хвостах и плавники водных водных животных. В первую очередь это происходит у поверхности океана, где давление воды в окружающей среде низкое.
Кавитация может ограничивать максимальную скорость плавания мощных плавающих животных, таких как дельфины и тунец. Дельфинам, возможно, придется ограничить свою скорость, потому что схлопывающиеся кавитационные пузыри на их хвосте болезненны. У тунца костлявые плавники без нервных окончаний, и он не чувствует боли от кавитации. Они появляются, когда кавитационные замедки вокруг их ребер паровую пленку. На тунце были обнаружены повреждения, соответствующие кавитационным повреждениям.
Некоторые морские животные способы использовать кавитацию в своих интересах при охоте на добычу. Креветка-пистолет щелкает специальным когтем, чтобы создать кавитацию, способную убить небольшую рыбу. креветка-богомол (разновидность крушителя) также использует кавитацию, оглушить, разбить или убить моллюсков, это он питается.
Акулы-молотилки используют «удары хвостом» для ослабляют свою мелкую добычу, и кавитационные пузыри поднимаются из вершины дуги хвоста.
За последние полдесятилетия прибрежная эрозия в виде инерционной кавитации стала общепринятой. Пузырьки набегающей волны проникают в трещины разрушаемого утеса. Изменяющееся давление, разгерметизирует некоторые паровые карманы, которые могут взорваться. Возникающие в результате пики давления могут разносить части породы.
Еще в 1754 году швейцарский математик Леонард Эйлер (1707–1783) высказал предположение о возможности кавитации. В 1859 году английский математик Уильям Генри Безант (1828–1917) опубликовал решение проблемы динамики схлопывания сферической полости в жидкости, которое было представлено англо-ирландским математиком. Джордж Стоукс (1819–1903) в качестве одного из проблем и участников сената Кембриджского университета на 1847 год. В 1894 году ирландский специалист по гидродинамике Осборн Рейнольдс (1842–1912) изучал образование и схлопывание пузырьков пара в кипящих жидкостях и в суженных трубках.
Термин кавитация появилась впервые в 1895 году в статье Джона Исаака Торникрофта (1843–1928) и Сиднея Уокера. Барнаби (1855–1925), которому он был предложен британским инженером Робертом Эдмундом Фроудом (1846–1924), третий сыном английского гидродинамика Уильяма Фруда (1810–1879). Торникрофт и Барнаби были первыми исследователями, которые наблюдали кавитацию на тыльной стороне лопастей винта.
В 1917 году британский физик лорд Рэлей (1842–1919) расширил работу Безанта, опубликовав математическую модель кавитации в несжимаемой жидкости (без учета поверхностного натяжения и вязкости), в которой он также определил давление в жидкости. Математические модели кавитации, разработанные британским инженером Стэнли Смитом Куком (1875–1952) и лордом Рэлеем, показали, что схлопывающиеся пузырьки пара могут создавать очень высокое давление, способное вызвать повреждения, которые наблюдались на гребных винтах судов.. Экспериментальные доказательства кавитации, вызывающей высокое давление, были собраны в 1952 году Марком Харрисоном (специалист по гидродинамике и акустике из модельного бассейна Дэвида Тейлора ВМС США в Кардероке, Мэриленд, США), который использовал штатные акустические методы в 1956 году Вернфридом Гютом (физика) и акустик из Геттигенского университета, Германия), который использовал оптическую шлирен-.
Высокоскоростную струю жидкости на неподвижную поверхность. В 1944 году советские ученые Марк Иосифович Корнфельд (1908–1993) и Л. Суворов из Ленинградского физико-технического института (ныне Физико-технический институт им. Иоффе РАН, Санкт-Петербург, Россия) предположил, что во время кавитации пузырьки вблизи твердой поверхности не схлопываются симметрично; вместо этого на пузырьке в точке, противоположной твердой поверхности, образуется ямка, которая превращается в струю жидкости. Эта струя жидкости повреждает твердую поверхность. Эта гипотеза была подтверждена в 1951 году теоретическими исследованиями Мориса Рэттрея-младшего, докторанта Калифорнийского технологического института. Гипотеза Корнфельда и Суворова была экспериментально подтверждена в 1961 году Чарльзом Ф. Науде и Альбертом Т. Эллисом, специалистами по гидродинамике из Калифорнийского технологического института.
Серия экспериментальных исследований распространения сильной ударной волны. (УВ) в жидкости с пузырьками газа, что позволяет установить основные закономерности процесса, механизм преобразования энергии УВ, аналитика УВ и структуры образования, и эксперименты по затуханию волн в пузырьковых экранах с различными акустическими свойствами были начаты пионерскими работами советского ученого проф... В.Ф. Минин в Институте гидродинамики (Новосибирск, Россия) в 1957–1960 гг. Исследовал также первую удобную модель одной чередующихся плоских слоев жидкости и газа. При экспериментальном исследовании динамики формы пульсирующих газовых полостей и впечатлений УВ с пузырьковыми облаками в 1957–1960 гг. В.Ф. Минин обнаружил, что вызывает пузырьки пузырьков асимметрично схлопывается с образованием кумулятивной схемы, которая образует пузырьки в процессе схлопывания и фрагментацию пузырька.
 | Найдите кавитацию в Викисловаре, бесплатном приложении. |
 | На Викискладе есть материалы, связанные с Кавитация. |
