کاویتاسیون چیست؟ آنچه لازم است بدانید

شاید برای شما هم پیش آمده باشد که به هنگام مطالعه ی برخی مقالات علمی، با اصطلاحی به نام (کاویتاسیون) یا (حفره سازی) رو به رو شده باشید و درباره ی معنا و مفهوم این پدیده، در ذهن خود سوالاتی مطرح کرده باشید. اگر شما از این دسته افراد پرسشگر هستید، باید بدانید که آنچه در این مقاله به رشته ی تحریر درآمده، تماما برای پاسخگویی به این پرسش ها گردآوری شده است. با ما همراه باشید.

مدت زمان مطالعه: 5 دقیقه

تاریخچه ی کاویتاسیون

پیش از ورود به مبحث شرح و تفصیل علمی پدیده ی کاویتاسیون، بهتر است ابتدا به صورت نسبی از سرگذشت این مفهوم اطلاعاتی کسب کرده و با سیر تکاملی آن شویم.

نخستین بار ایزاک نیوتون، فیزیکدان و دانشمند شهیر بریتانیایی، در ضمن آزمایش های خود به وجود حباب هایی در مایعات پی برد و درباره ی آنچه که مشاهده کرده بود نوشت: در مایع بین عدسی ها، حباب هایی به وجود آمده است که نمی تواند از جنس هوا باشد؛ زیرا مایع قبلا هواگیری شده است.

پس از وی، دیگر فیزیکدان انگلیسی، یعنی ازبورن رینولدز که تبحر بالایی در زمینه ی علوم سیالات داشت، در پیِ مشکل باز شدن پیچ توربین ها بیان داشت: هوای ورودی پشت تیغه، باعث کاهش قدرت پروانه ی توربین می شود.

سرانجام در حوالی سال 1900 میلادی، تونی کرافت و پارسون بارنابی، دو مهندس بریتانیایی که به مطالعه در این زمینه مشغول بودند، نتیجه گرفتند که وقتی فشار هوای اطراف تیغه از حد معینی کاهش می یابد، حباب ها و ابرهای حبابی در کنار پروانه ها به وجود می آید و راندمان کاری آن ها را کاهش می دهد.

آن دو، نخستین کسانی بودند که برای این پدیده واژه ی کاویتاسیون به معنای حفره سازی را برگزیدند و در شرح مقالات خود، از این اصطلاح جدید بهره بردند.

کاویتاسیون چیست؟

اکنون به بخش اصلی مقاله یعنی پاسخ به پرسش کاویتاسیون چیست می پردازیم. کاویتاسیون یا حفره سازی، فرآیندی است که تنها در مایعات رخ می دهد و در طی آن، بخشی از مایع با ذرات ریز حباب همراه می شود. به علت فرسوده سازی و آسیب رسانی بالای حفره زایی به برخی تجهیزات صنعتی مانند پمپ های تزریق و توربین ها، بسیاری از صاحبان صنایع، راه حل های گوناگونی را به کار می گیرند تا وقوع این پدیده را به حداقل برسانند.

احتمالا اکنون دچار این سوال شده اید که آسیب زا بودن این فرآیند در چیست؟

برای دست یافتن به پاسخ این پرسش، ابتدا باید به تشریح چگونگی وقوع فرآیند بپردازیم.

کاویتاسیون چگونه ایجاد می شود؟

می دانیم که سیالات بر اثر افزایش دما یا کاهش فشار، از حالت مایع خارج شده و پس از انجام فعالیتی حباب مانند، به شکل بخاردر می آیند. از طرفی در پدیده ی کاویتاسون نیز، برخورد جسم متحرکی مانند پروانه ی پمپ با سیال، منجر به ایجاد فضای خلا، کاهش فشار و در نتیجه تولید حباب های ریز می شود. این پدیده، اولین گام از وقوع این پدیده است.

در مرحله ی بعد، زمانی که این حباب ها بر اثر ادامه ی حرکت پروانه مجددا در محیطی با فشار بالا قرار می گیرند، فعالیتی انفجاری رخ می دهد که به نابودی این حفره های تو خالی منجر می شود. سپس زنجیره های پیوسته ی مایع برای جلوگیری از قطع پیوستگی، به سرعت دست به کار می شوند و با هجوم آوردن به محل انفجار، سعی در نفوذ به حباب و پر کردن فضای خالی ایجاد شده می کنند.

در نهایت این زنجیره ها که اصطلاحا میکروجت نامیده می شوند، به علت انرژی زیاد خود از حباب عبور کرده و به شدت با سطح جسم برخورد می کنند. هر چند این برخورد ها به تنهایی توان آسیب رسانی به اجسام سختی چون پمپ یا توربین را ندارند، اما تکرار چندین و چند باره ی آن ها به فرسودگی ابزار صنعتی منجر خواهد شد.

چگونگی رخ دادن فرآیند کاویتاسیون (1)

چگونگی رخ دادن فرآیند کاویتاسیون (2)

مزایا و شیوه های کنترل کاویتاسیون

پدیده ی حفره سازی، جدا از معایبی که به آن اشاره شد، مزایایی نیز دارد.

از جمله ی این فواید، می توان به بهره جستن از کاویتاسیون در علم طبابت، به منظور تخریب سنگ کلیه یا بهبود گرفتگی مجاری قلبی و عروقی اشاره کرد. همچنین استفاده از حفره سازی در صنایع شیمیایی به منظور جداسازی مواد گوناگون یا تخلیط بهتر آن ها، از دیگر آثار و فواید این پدیده محسوب می شود.

برای کنترل این فرآیند و جلوگیری از آسیب های حاصل از آن نیز، می توان به مواردی از قبیل ذیل، اشاره کرد:

عایق بندی استاندارد لوله های مورد استفاده

کاهش سرعت مایعات به هنگام ورود به پمپ

طراحی بهینه ی ماشین های صنعتی

جلوگیری از ورود هوا به درون پمپ

افزایش سطح سیالات در مخزن

نتیجه

بنابر آنچه گفته شد، پدیده ی کاویتاسیون، حفره سازی یا حفره زایی، پدیده ای است طبیعی که آثار منفی آن نمود بیشتری دارد و غالبا بر اثر کاهش فشار در مایعات رخ می دهد؛ هر چند نکته ی حائز اهمیتی که امروزه ذکر می شود، این است که کاویتاسیون بر اثر عوامل گوناگونی پدید می آید و معمولا یک عامل برای ایجاد این پدیده کافی نیست؛ اما کاهش فشار، مهمترین عامل است.

منبع:https://www.machinerylubrication.com/Read/380/cavitation-wear-hydraulic

منبع:http://www.engineeringtoolbox.com/cavitation