کاویتاسیون

کاویتاسیون چیست؟
کاویتاسیون پدیده ای است که در آن کاهش فشار سیال به فشار بخار مایع(saturation pressure) یا زیر آن، منجر به تشکیل حفره های کوچک مملو از بخار در مایع می شود. حال زمانیکه این حباب ها تحت فشار بیشتری قرار گیرند،منفجر میشوند و می توانند امواج شوک بسیار قدرتمند ایجاد کنند که ممکن است به ماشین آلات آسیب برساند.

مدل های Cavitation
حباب های ایجاد شده بواسطه کاهش فشار در برخی از زمینه های مهندسی دلیل قابل توجهی برای سایش و از بین رفتن فلزات است. حبابهای در حال جمع شدن که نزدیک به سطح فلز پخش می شوند ، از طریق انفجار مکرر باعث ایجاد تنش روی سطح مواد می شوند.
حال این پدیده منجر به خستگی سطحی فلز ودرنتیجه باعث نوعی سایش می شود که “Cavitation” نیز نامیده می شود. متداول ترین نمونه های این نوع سایش ، پمپاژ پروانه ها و خم شدن در صورت تغییر ناگهانی جهت مایع است. کاویتاسیون معمولاً به دو دسته رفتاری تقسیم می شود: کاویتاسیون اینرسی (یا گذرا) و کاویتاسیون غیر اینرسی.

کاویتاسیون اینرسی
به فرایندی که در آن یک خلا یا حباب در یک مایع به سرعت منفجر میشود و یک موج ضربه ایجاد می کند، حفره اینرسی نامیده می شود. کاویتاسیون اینرسی در طبیعت در بافت های عروقی گیاهان رخ می دهد. در اشیا-ساخته شده توسط انسان ، می تواند در شیرهای کنترل ، پمپ ها ، پروانه ها و پروانه ها رخ دهد.
کاویتاسیون غیر اینرسی
کاویتاسیون غیر اینرسی فرآیندی است که در آن حباب موجود در یک مایع به دلیل وارد شدن نوعی انرژی مانند یک میدان صوتی ، مجبور می شود از نظر اندازه یا شکل نوسان کند. چنین حفره ای اغلب در حمام های تمیز کننده اولتراسونیک استفاده می شود و همچنین می تواند در پمپ ها ، ملخ ها و غیره مشاهده شود.
آزمایش کاویتاسیون در تونل آب

آسیب های کاویتاسیون
کاویتاسیون در بسیاری از موارد یک اتفاق نامطلوب است. در دستگاه هایی مانند پروانه و پمپ ها ، ایجاد حفره و خلل و فرخ روی سطوح باعث ایجاد سر و صدای زیادی ، آسیب به اجزا ، ارتعاشات و از بین رفتن کارایی می شود. ایجاد حفره ها همچنین در زمینه تولید انرژی های تجدیدپذیر به یک نگرانی تبدیل شده است زیرا ممکن است در سطح تیغه توربین های آبی جریان جزر و مدی رخ دهد که باعث کاهش راندمان و آسیب به سیستم میگرددد.
هنگامی که حباب های هوای فشرده منفجر میشوند، آنها سیال پرانرژی را به به سمت سطح روانه میکنند، در نتیجه لکه هایی با درجه حرارت بالا ایجاد میشود که باعث ایجاد امواج ضربه ای در سیال میگردد، که این دسته دوم منبع سر و صدا هستند در سیستم ما هستند.
سر و صدای ایجاد شده توسط کاویتاسیون یک مشکل خاص حتی در سیستم های نظامی میباشد مانند زیردریایی ها، زیرا احتمال شناسایی توسط سونار را افزایش می دهد.

راه حل :
امروزه مهندسی تلاش های زیادی جهت پیدا کردن راه حل هایی جهت کاهش و یا از بین بردن این پدیده کرده اند. باید توجه داشته باشیم که اولین پارامتری که در ایجاد کاویتاسیون تاثیرگذار است هندسه و توپولوژی سیستم هیدرولیک ما میباشد.
برای کاهش این اثر میتوانیم ورودی سیستم هیدرولیک خود را بزرگتر طراحی کنیم و یا حتی فشار ورودی سیستم را بیشتر کنیم تا حباب کمتری ایجاد گردد.
اقدام دیگر در طراحی نوین تر سطح پروانه ها و پمپ ها میباشد که تاثیر بسزایی در کاهش این پدیده مخرب دارد.
افزایش کیفیت سطح با آبکاری های مطنوع نیز از دیگر راه حل های کاهش کاویتاسیون میباشد.
لازم به ذکر است امروزه مهندسین با استفاده از نرم افزار های مهندسی مانند ANSYS CFX و ANSYS FLUENT توانایی آنالیز و شبیه سازی این پدیده مخرب را داشته که میتواند در کاهش هزینه ها نقش عمده ای داشته باشند.

2 دیدگاه
به گفتگوی ما بپیوندید و دیدگاه خود را با ما در میان بگذارید.
دیدگاهتان را بنویسید لغو پاسخ
برای نوشتن دیدگاه باید وارد بشوید.
بسیار عالی بود. ممنون مهندس.
ممنونم از توجه شما