پاورپوینت کاویتاسیون چیست

به نام خدا

کاویتاسیون چیست و راههای جلوگیری از کاویتاسیون

کاویتاسیون (Cavitation)
هنگامی رخ می دهد که فشار استاتیکی محلی در یک سیال سطحی پایین تر از فشار بخار مایع در درجه حرارت واقعی رسیده باشد. با توجه به معادله برنولی این اتفاق زمانی رخ می دهد که سیال در شیر کنترل و یا در اطراف یک پروانه ی پمپ شتاب می گیرد. تبخیر خود آسیب ایجاد نمی کند ، آسیب زمانی اتفاق می افتد که حباب ها بلافاصله پس از تشکیل می ترکد و یک مکش منفی در بدنه ایجاد می کند

یکی از مثال های بارز و خطرناک کاویتاسیون در پره های توربین دیده می شود و به راحتی میتواند باعث تخریب پره گردد.از دیکر مثال هل برای این پدیده میتوان به کاویتاسیون در پروانه ی کشتی ها اشاره کرد.
حُفره زایی (نام های دیگر: حباب زایی، خوردگی، کاویتاسیون، حفره سازی، خلاءزایی) (به انگلیسی: cavitation) پدیده ای است که در آن کاهش فشار باعث تبخیر موضعی مایع و ایجاد حباب هایی شود. این پدیده در پروانهٔ کشتی ها، اژدرها و پمپ های سانتریفیوژ و سرریز سدها رخ می دهد.

در این پدیده که معمولاً در مایعات با حرکت متلاطم به دلیل اختلاف فشار در مایع رخ می دهد، فشار موضعی کم تر از فشار بخار مایع می شود. این امر باعث می شود تا مثلاً آب که در شرایط متعارف در ۱۰۰ درجه سانتیگراد شکل گازی پیدا می کند در دماهایی پایین تر زودتر به صورت گاز درآید.
حباب های گازی ایجاد شده زمانی که دوباره به منطقه پرفشارتر وارد می شوند معمولاً منفجر می شوند. این ترکیدن حباب ها شوکی موج مانند ایجاد می کند که صدادار است و می تواند از طریق خوردگی حبابی به پروانه های کشتی آسیب برساند. هر نوع کشتی و هر نوع پروانه صدای حفره زایی ویژهٔ خود را تولید می کند و این باعث می شود تا خدمه زیردریایی ها بتوانند نوع کشتی های پیرامون خود را شناسایی کنند.
حفره زایی انواع گوناگونی دارد

گونه های حفره زایی
حفره زایی حبابی
حفره زایی پره
حفره زایی بُن پروانه
حفره زایی ابری
حفره زایی محفظهٔ پروانه
حفره زایی نوک گردابه
حفره زایی میانهٔ گردابه

توزیع فشار در پیرامون پرهٔ پروانه کشتی

انواع کاویتاسیون

می توان گفت کاویتاسیون مهم ترین دلیل سایش در سیستم های فنی است. به این صورت که حباب ها هنگام ورود به مناطق پر فشار باعث ایجاد تنش در سطوح فلزی می شوند که نتیجه آن اثر پدیده خستگی در سطح فلزات و تشکیل حفره می باشد. بارزترین نمونه این اثر پروانه پمپ است که در اثر تغییر مسیر سیال در آن سایش رخ می دهد. کاویتاسیون به دو دسته ساکن و گذرا تقسیم می شود.
در کاویتاسیون ساکن حباب به سرعت از بین می رود و تولید موج شوک می کند. نوع ساکن کاویتاسیون در طبیعت و بافت های آوندی گیاهان یا ساخته های بشری مثل شیر کنترل پروانه پمپ ها دیده می شود.

حفره زایی همچنین یکی از دلایل اولیه لرزش در پمپ های سانتریفوژ است. تولید حباب در پروانه پمپ وقتی رخ می دهد که طول مکش خالص مثبت مجاز (NPSHa) کمتر از عمق مکش درخواستی (NPSHr) پمپ شود. به این ترتیب به دلیل مکش موجود در محفظه پمپ، فشار مایع درون محفظه کاهش می یابد. طول مکش خالص مثبت (NPSH) عبارتی است که درباره شرایط مرتبط با پدیده حباب زایی پمپ توضیح می دهد.
چنانچه فشار محفظه پمپ از فشار بخار مایع در دمای عملیاتی کمتر شود، مایع درون محفظه پمپ تبخیر شده و بصورت حباب درمی آید. این حبابها در برخورد با پروانه های پمپ ترکیده و نه تنها باعث لرزش پمپ می شوند بلکه آسیبهای جدی از جمله خوردگی زیاد در لبه پروانه ها و بدنه ایجاد می کنند که به مرور زمان باعث کاهش راندمان پمپ می گردد. وجود مانع در مسیر مکش، وجود زانویی در فاصله نزدیک ورودی پمپ و یا شرایط غیرعادی بهره برداری از عوامل این مسئله هستند.[۲]

عمدتاً پدیده کاویتاسیون در سرریز سدها در سرعتهای بالا رخ می دهد گاهی در یک سیستم هیدرولیکی به علت بالا رفتن سرعت فشار منطقه ای کاسته شده و به حدی برسد که با فشار سیال در آن شرایط برابر شود، و یا در طول سرریز به دلیل ناصافی ها خطوط جریان از بستر خود جدا شده و در اثر این جداشدگی فشار موضعی در محل جداشدگی کاسته شود، و به فشار بخار سیال برسد، که در اثر این عوامل مایعی که در آن قسمت وجود دارد بلافاصله به جوشش درآمده و حباب هایی بوجود می آید که سرریز یا کانال در اثر ترکیدن این حبابها دچار صدمه و آسیب می شود، بطور معمول در سرعت های تقریباً ۲۰ متر بر ثانیه و بیشتر احتمال ایجاد پدیده کاویتاسیون وجود دارد، ولی کنترل این پدیده در سرعت ۱۵ متر بر ثانیه انجام می شود.

تونل های حفره زایی
در ایران، در دو دانشگاه تونل حفره زایی وجود دارد:
آزمایشگاه دریا دانشگاه صنعتی شریف
آزمایشگاه کاربردی هیدرودینامیک، دانشگاه علم و صنعت
حفره زایی اولتراسونیک
یکی از روش هایی که به طور گسترده برای تخریب سلول و همگن سازی استفاده می شود، استفاده از فراصوت است. هموژنایزر اولتراسونیک با ایجاد امواج شدید فشاری در یک محیط مایع، کار می کند. امواج فشاری باعث جریان در مایع شده و تحت شرایط مناسب موجب تشکیل سریع میکرو حباب می گردد که رشد و یکی شدن این حباب ها تا رسیدن به اندازه بیشینه و در نهایت ترکیدن آنها حرارت شدیدی ایجاد می نماید. به این پدیده کاویتاسیون گفته می شود. انفجار حباب ها تولید موج ضربه ای با انرژی کافی برای شکستن پیوند کووالانسی می کند. نیروی برشی حاصل از انفجار حباب و همچنین از جریان های اغتشاشی ناشی از ارتعاش صوتی برای همگن سازی و تخریب سلول استفاده می شود. این فرایند می تواند به پاشش مایع با سرعتی در حدود ۴۲۰ کیلومتر در ساعت، ایجاد فشاری معادل ۲۰۰ بار و یا دمای بالای نقطه ای ۴۵۰۰ درجه سانتیگرادی در آن شود.[۳
هر گاه دمای مایع، در فشار ثابت افزایش و یا فشار آن در دمای ثابت، کاهش یابد، در نهایت حالت مایع شروع به تغییر کرده و حبابهای پر شده از بخار آب و یا گاز تولید می گردند. این حبابها را می توان به عنوان فضاهای خالی در مایع در نظر گرفت (در زبان انگلیسی کاویتی Cavity نام دارند).

بنابراین هم بوسیله افزایش دما در فشار ثابت و هم کاهش فشار دینامیکی در دمای ثابت، حباب در مایع بوجود می آید. نخستین روش جوشیدن (Boiling) و دومین روش کاویتاسیون نام دارد .
کاویتاسیون باعث ایجاد حباب در یک مایع در اثر کاهش فشار آن مایع می گردد. آب یا هر مایع دیگری، در هر درجه حرارتی به ازای فشار معینی تبخیر می شود. هرگاه در حین جریان مایع، فشار مایع در نقطه ای از فشار تبخیر مایع در درجه حرارت مربوطه کمتر شود، حبابهای بخار یا گازی در فاز مایع به وجود می آیند که به همراه مایع به نقطه ای دیگر با فشار بالاتر حرکت می نمایند.
شاید برای برخی سوال باشد که تفاوت کاویتاسیون با فرایند تبخیر چیست، این تفاوت رامی توان از تعاریفی که از هر یک از آنها می شود جستجو کرد. تبخیر به صورت زیر بیان می شود:اگر تبدیل مایع به گاز ناشی از افزایش دما باشد آن را تبخیر می گوینددر حالی که تعریف تحت لفظی کاویتاسیون در زیر آمده است:

تعریف
این پدیده یکی از خطرناکترین حالتهایی است که ممکن است برای یک پمپ به وجود آید. آب یا هر مایع دیگری، در هر درجه حرارتی به ازای فشار معینی تبخیر می شود.
هرگاه در حین جریان مایع در داخل چرخ یک پمپ، فشار مایع در نقطه ای از فشار تبخیر مایع در درجه حرارت مربوطه کمتر شود، حبابهای بخار یا گازی در فاز مایع به وجود می آیند که به همراه مایع به نقطه ای دیگر با فشار بالاتر حرکت می نمایند. اگر در محل جدید فشار مایع به اندازه کافی زیاد باشد، حبابهای بخار در این محل تقطیر شده و در نتیجه ذراتی از مایع از مسیر اصلی خود منحرف شده و با سرعتهای فوق العاده زیاد به اطراف و از جمله پره ها برخورد می نمایند. در چنین مکانی بسته به شدت برخورد، سطح پره ها خورده شده و متخلخل می گردد. این پدیده مخرب در پمپ ها را کاویتاسیون می نامند. پدیده کاویتاسیون برای پمپ بسیار خطرناک بوده و ممکن است پس از مدت کوتاهی پره های پمپ را از بین ببرد. بنابراین باید از وجود چنین پدیده ای در پمپ جلو گیری گردد. کاویتاسیون همواره با صدا های منقطع شروع شده و سپس در صورت ادامه کاهش فشار در دهانه ورودی پمپ، بر شدت این صدا ها افزوده می گردد. صدای کاویتاسیون مخصوص ومشخص بوده وشبیه برخورد گلوله هایی به یک سطح فلزی است. همزمان با تولید این صدا پمپ نیز به ارتعاش در می آید.

اگر تبدیل مایع به گاز ناشی از کاهش فشار باشد (فشار سیال از فشار بخار کمتر گردد) کاویتاسیون رخ می دهد .
انواع کاویتاسیون ( حفره زایی ) : 1. حفره زایی حبابی 2. حفره زایی پره 3. حفره زایی بن پروانه 4. حفره زایی ابری 5. حفره زایی محفطه ی پروانه 6. حفره زایی نوک گردابه 7. حفره زایی میانه گردابه
مهمترین آثار کاویتاسیون عبارتند از : ایجاد تغیرات در هیدرو دینامیک سیال , صدمه به سطوح مرزی بین جامد و سیال و ایجاد ارتعاش . این آثار محدودیتهای قابل توجه ای را در طراحی و ساخت وسایل و تجهیزات هیدرودینامیکی و هیدرولیکی به وجود می آورند .کاویتاسیون را می توان در توربین ، پمپ ، نازل ، پروانه ، یاتاقان ، افشانه ، چرخ دنده ، سد ، کانال ، سازه های دریایی و… مشاهده نمود .
در سیستم های هیدرو دینامیکی و هیدرولیکی ، جریانهای همراه با کاویتاسیون ، از نوع توربولانس ( Turbulance ) است و دینامیک آن در اندرکنش بین فاز مایع و گاز ، پیچیده بوده و به شرایط سیالیت ( فشار ، سرعت ، چگالی ، ویسکوزیته ) وهندسه سطوح مرزی بین جامد ـ مایع بستگی دارد .

۱. تغییرات هیدرو دینامیکی : کاویتاسیون پیوستگی الگوی حرکت سیال را مختل میکند ، زیرا حباب باعث جابجایی سیال شده و اندرکنش دینامیکی بین سیال و مرزهای آن را دچار آشفتگی می نماید .این مسئله باعث ایجاد مقاومت در مقابل حرکت سیال میگردد . به عنوان مثال کاویتاسیون در پروانه کشتی ، توربین و پمپ ها توان خروجی و بازدهی را کاهش میدهد .
۲. صدمات حاصل از کاویتاسیون : در علوم دریایی ، آثار مخرب کاویتاسیون بیشتر مورد توجه بوده است . کاویتاسیون باعث جدا شدن ذرات ماده از سطوح مرزی بین جامد و مایع می گردد و در نتیجه فرسایش و خوردگی شدید در هرگونه سطح در تماس با مایع ، بوجود می آید .حبابهای حاصل از کاویتاسیون ناپایدار می باشند و ایجاد و انبساط آنها بستگی به کاهش فشار مایع دارند ، لیکن به محض اینکه فشار سیال افزایش یابد ، این حبابها با سرعت زیاد منقبض شده و دچار فروپاشی می گردند و در نتیجه امواج شوک نیرومند در سیال ایجاد می شوند . این امواج ذراتی از فلز را از هرگونه سازه ای که در تماس با مایع قرار دارد ، جدا کرده و باعث خوردگی و فرسایش آن می شوند و در نتیجه با گذشت زمان ، سطوح مرزی تخریب میگردند.
۳. ارتعاش و صدا : ارتعاش و سرو صدا از دیگر آثار کاویتاسیون هستند . در اثر افزایش فشار و فروپاشی حباب های حاصل از کاویتاسیون ، امواج شوک باعث ایجاد غرش می گردند . انرژی آزاد شده ارتعاش شدید محیط را در پی دارد . این مسئله به ویژه در نیروی دریایی از اهمیت بیشتری برخوردار است زیرا ردگیری شناور خودی توسط دشمن آسان تر میگردد .از آنجائیکه کاویتاسیون پدیده ای ناپایدار بوده و نیروهای نوسانی در آن دخالت دارند ،چنانچه یکی از مولفه های فرکانسی این نوسانات با فرکانس طبیعی ، بخشی یا همه یک ابزار هیدرودینامیکی برابر گردد ، آنگاه به علت رزونانس ، ارتعاش تشدیدی بوجود می آید .
هد خالص مثبت مکش (NPSH) جهت کنترل پدیده کاویتاسیون و برقراری شرایط عدم وجود کاویتاسیون از پارامتری به نام NPSH استفاده می شود. منظور از این پارامتر، هد خالص مثبت مکش می باشد. به جای این که نقطه حداقل فشار در داخل پروانه بررسی شود، مقدار هد خالص در قبل از پمپ بررسی می گردد و کارخانه سازنده پیش بینی لازم برای افت از ورود پمپ تا نقطه حداقل فشار در داخل پروانه را انجام می دهد.

کاویتاسیون در لوله های U شکل
پرونده:لولهٔ دوار.jpg
لولهٔ دوار
طبق شکل روبرو فرض می کنیم ظرفی داریم که حول محور خود با سرعت زاویه ای مشخص می چرخد. طبق مفاهیم چرخش لوله های U شکل، در لوله ها باید خط سهمی شکل در جریان ها ایجاد شود ولی در این لوله که یک سر آن بسته است؛ در سمت چپ لوله مایع نمی تواند بیاید پایین چون جای مایع چیزی نیست که پر بشود و خلا هم نمی تواند ایجاد شود. بنابراین آب در سمت چپ پایین نمی آید و چون در سمت چپ پایین نمی آید، بنابراین سمت راست بالا نمی رود. اما اگر سرعت زاویه ای آن قدر زیاد شود که فشار ایجاد شده در نوک بالای سمت چپ به فشار بخار می رسد، در آن نقطه تبخیر رخ می دهد که در واقع فرایند کاویتاسیون رخ می دهد.
سوپر کاویتاسیون
پدیده فیزیکی سوپرکاویتاسیون این امکان را فراهم می سازد تا یک شناور زیر سطحی در هاله ای از یک حباب بزرگ قرار گیرد به گونه ای که به جای تماس با آب، که نیروی پسا (Drag) زیادی را تولید می کند، تنها با بخار آب در تماس باشد و بدین گونه اصطکاک به میزان بسیار زیادی کاهش می یابد و در نتیجه شناور راحت تر و با سرعت بالاتر حرکت می کند.

کاویتاسیون تبخیری (نارسایی NPSHa)
شایعترین نوع کاویتاسیون می باشد و حدود ۷۰٪ از کاویتاسیون ها را در بر می گیرد. برای جلوگیری از این نوع کاویتاسیون، مقدار NPSHa در سیستم باید از مقدار NPSHr (حداقل انرژی مورد نیاز پمپ که توسط کارخانه سازنده توسط منحنی هایی به همراه کاتالوگ پمپ ارائه می گردد) بیشتر باشد. برای جلوگیری از صدمات ناشی از این نوع کاویتاسیون، راهکارهای زیر پیشنهاد می گردد:
۱- کاهش دما که مقدار هد ناشی از فشار بخار سیال را کاهش دهد، هرچه دما کمتر باشد در نتیجه فشار اشباع متناظر به آن کمتر خواهد شد و در نتیجه احتمال کمتر شدن این فشار نسبت به فشار داخل پمپ افزایش می یابد. بنابراین وقتی خواستید که سیال با دمای بالا را پمپ کنید بسیار باید به این نوع کاویتاسیون دقت کنید.

۲- افزایش تراز مایع در مخزن مکش که مقدار هد استاتیکی را افزایش می دهد.
۳- بهبود و اصلاح پمپ شامل موارد زیر:
– کاهش سرعت که مقدار Hf(هد ناشی از افت) را کاهش می دهد.
– افزایش قطر چشمه پره
– بکار بردن دو پمپ کوچکتر بصورت موازی که موجب کاهش افد هد می شود.
NPSH=(P_atm-P_v)/γ – z – h_L
P_v= فشار بخار مایع P_atm= فشار هوا z= ارتفاع مکش h_L= مجموع افت های درونی سیستم
در این شرایط مایع مجبور می شود از ناحیه پر فشار پمپ به طرف ناحیه کم فشار آن در عرض پره بازگردش کند. وقتی در قسمت مکش یا تخلیه جریان گردابی ایجاد می شود که ناشی از سرعت بالای سیال می باشد جریان سیال برعکس شده و در خلاف جریان حرکت جریان عادی سیال باز گردش می کند.
باز گردش سیال باعث می شود که قطر مفید عبور سیال در قسمت مکش و تخلیه کاهش یابد و باعث کاهش فشار سیال گردد (مطابق اصل برنولی). با کاهش فشار و رسیدن فشار به فشار بخار سیال پدیده کاویتاسیون ایجاد می شود.
این نوع کاویتاسیون به دو حالت اتفاق می افتد:
اول اینکه مایع داخل محفظه پمپ با سرعت موتور باز گردش کرده و یکباره حرارتش افزایش پیدا کرده و فوق گرم می شود.
دوم وقتی که سیال مجبور می شود که از میان آب بندها و درزهای بین قطعات به سرعت عبور کند در این حالت حرارت بالا باعث تبخیر مایع خواهد شد

صدمات ناشی از کاویتاسیون در پمپ های باز بیشتر در لبه تیغه های ایمپلر سمت چشم پره و در نوک تیغه ها تا قطر خارجی ایمپلر اتفاق می افتد. در پمپ های با ایمپلر بسته این صدمات روی نوارهای سایشی بین پرهو بدنه محفظه ایجاد می شود.
برای بهبود و تصحیح شرایط در حالت ایمپلر باز باید ایمپلر را به گونه ای تنظیم کرد که تلرانس بین تیغه ها و محفظه دقیقا تصحیح شود. در پمپ های پره بسته امکان تصحیح شرایط نیست اما لازم است جریان محصور شده در قسمت تخلیه پمپ آزاد شود.
فضای آزاد بین نوک پره و زبانه باید معادل ۴٪ قطر پره باشد. صدمات ناشی از این نوع کاویتاسیون بیشتر در نوک تیغه های خارجی پره و پشت زبانه، روی دیواره محفظه داخلی دیده می شود

مثال یک پمپ گریز از مرکز با دبیm^3/s 0.0137 آب را با دمای ℃ 27 پمپ می کند. مقدار NPSH R پمپ طبق کاتالوگ کارخانه سازنده 4.57 می باشد. حداکثر عمق مکش را بدست آورید. قطر لوله مکش m 0.1 و فشار بخار اشباع در دمای ℃ 27 برابر با pa 3430 است.
NPSH A = (P_atm- P_v)/γ – z – h_L = NPSH R = 4.57 h_L= k V^2/2g = 20 . 1.75/(2*9.81) = 3.1 V= Q/A= 1.75 m/s 4.57= 3.1 – 9810/ 3430 – 101300 + z- z=2.32

کاویتاسیون از نوع مکش
مکش هوا می تواند به اشکال مختلف در لوله ها و نقاط دیگر پمپ اتفاق بی افتد. مثلا در صورت ایجاد خلا در پمپف هوا می تواند به درون لوله ها وارد شود. یکی از این نمونه ها پمپ بالاکش (Lift pump) می باشد. هوا از راههای زیر می تواند وارد پمپ شود.
۱- آببند شفت پمپ
۲- آببند ساق متصل به صفحه شیر در لوله مکش
۳- رینگ های اتصالی لوله مکش
۴- واشرهای آب بند صفحه فلنج در اتصالات لوله
۵- ارینگ ها و اتصالات پیچی در قسمت مکش
۶- ارینگ ها و آب بندهای ثانویه در آب بندهای تک
۷- سطوح آب بندهای مکانیکی تک
۸- از طریق حباب ها و حفره های هوا در لوله مکش
۹- از طریق مایعات کف کننده
راه های جلوگیری از کاویتاسیون نوع مکش هوا:
۱- آب بندی و بستن تمام سطوح، صفحات فلنج ها و واشرها
۲- درزبندی و بستن رینگ های آب بند و آببندهای ساقه متصل به صفحه شیر در لوله مکش
۳- نگه داشتن سرعت سیال به میزان ۸ فوت بر ثانیه (با افزایش قطر لوله)
۴- استفاده از آب بندهای مکانیکی دوبل

فرود نخستین کسی بود که این پدیده را کشف کرده و نام حفره زایی (کاویتاسیون) را بر آن نهاد. کاویتاسیون پدیده ای دینامیکی است. پمپ ها سرعت مایعات را افزایش می دهند. وقتی سرعت یک جسم متحرک در آب افزایش یابد، طبق اصل برنولی فشار کاهش می یابد. هنگامی که این سرعت به مقدار مشخصی برسد، فشار روی سطح جسم به فشار بخار آب می رسد؛ در نتیجه حباب هایی حاوی بخار آب روی سطح جسم تشکیل می شود. عامل دیگری که می تواند سبب ایجاد کاویتاسیون گردد زیاد شدن دمای مایع است. ترکیبی از دما و فشار می تواند در هر سیستمی کاویتاسیون ایجاد کند. این پدیده در حال عادی امری نامطلوب است زیرا سبب خوردگی، ایجاد سر و صدای زیاد، ارتعاشات ناخواسته، کاهش بازده و آسیب به اشیای متحرک با سرعت زیاد در زیر آب هم چون پروانه کشتی ها و قایق های موتوری می شود. پارامتر اصلی برای توصیف کاویتاسیون، عدد کاویتاسیون است. عدد کاویتاسیون از رابطه ی
به دست می آید که در این رابطه فشار جریان آزاد، فشار درون حفره، v سرعت جریان و چگالی مایع است. بسته به اندازه ی این پارامتر، کاویتاسیون روی یک جسم به انواع مختلفی تقسیم شده است.

کاویتاسیون ابتدایی (جزئی):
هنگامی اتفاق می افتد که آب با سرعت زیادی درون یک پمپ یا در خروجی سدها حرکت می کند. در این مرحله کاویتاسیون به یکی از صورتهای زیر (ورقه ای یا حبابی) رخ می دهد که عموما مضر است و دائمی نیست. سوپرکاویتاسیون: هنگامی که اندازه ی عدد کاویتاسیون خیلی کوچک شود، جریان وارد مرحله سوپرکاویتاسیون می شود. این مرحله برای نخستین بار در سال 1961 توسط تولین شناخته شد. در این مرحله، ابعاد حفره و حباب ایجاد شده به میزان قابل توجهی از ابعاد جسم غوطه ور بیشتر است. برای دستیابی به عدد کاویتاسیون کوچک به گونه ای که سوپرکاویتاسیون رخ دهد، یا باید سرعت جریان خیلی زیاد باشد؛ یا اختلاف فشار خیلی کوچک شود یا ترکیبی از این دو صورت گیرد. اختلاف فشار خیلی کوچک می تواند با کاهش دادن فشار جریان آزاد یا افزایش دادن فشار درون حفره به دست آید.

صورت های کاویتاسیون
کاویتاسیون روی سطح یک جسم متحرک غوطه*ور در آب عموماً به یکی از صورت*های زیر رخ می*دهد:
ورقه ای
حبابی
کاویتاسیون ابتدایی ورقه ای ——————————————————————– کاویتاسیون ابتدایی حبابی

کاربردهای سوپرکاویتاسیون در صنایع نظامی
سوپرکاویتاسیون به دلیل کاهش نیروی پسای وارد بر جسم متحرک درون آب تا مقدار 60-70% ، تاثیر بسزایی در افزایش بیشینه سرعت پرتابه ها و سلاح های زیردریایی دارد. وسایل بسیاری طراحی شده اند که از سوپرکاویتاسیون برای بهبود عملکرد خود استفاده می کنند. به عنوان نمونه می توان از ملخ های سوپرکاویتاسیونی، توربین های هیدرولیک و هیدروفویل ها نام برد. اژدرهایی که از سوپرکاویتاسیون استفاده می کنند برای نخستین بار توسط آلمان ها در طول جنگ جهانی دوم به کار گرفته شد. سپس توسط روس ها استفاده شد.در سالهای اخیر ایالات متحده روی پروژه موشک های زیردریایی پرسرعت کار می کند. مهندسان روسی اژدری را با نیروی راکت و استفاده از سوپرکاویتاسیون طراحی کرده اند که با سرعتی حدود سه برابر اژدرهای مرسوم حرکت می کند. در ایالات متحده دانشگاه پن استیت با همکاری ارتش انواعی از پرتابه*های بدون پیشران را طراحی کرده اند که از پدیده سوپرکاویتاسیون استفاده می کند.

در سال 2006 میلادی خبری مبنی بر تست موفقیت آمیز سریع ترین موشک زیردریایی توسط ایران منتشر شد. این موشک که هوت نام دارد، از پدیده سوپرکاویتاسیون استفاده می کند و با سرعتی حدود 200 مایل بر ساعت حرکت می کند. طراحی این موشک بر مبنای اژدر اشکوال روسی است. یک نکته مهم در طراحی اژدرهای سوپرکاویتاسیونی، شکل دماغه یا نوک اژدر است؛ چرا که همین موضوع می تواند در تغییر فشار در اطراف موشک نقش بسیار مهمی را ایفا کرده و در نتیجه نیروی پسای وارد را کاهش دهد. به کار گیری سوپرکاویتاسیون برای بهینه سازی وسایل متحرک پر سرعت زیردریایی به اطلاعات و تجربیاتی درباره پیشرانش، دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)، کنترل و یکپارچه سازی سیستم نیاز دارد. متخصصین هوافضا در این زمینه ها مهارت پیدا می*کنند و می*توانند بیشتر در این باره فعالیت کنند.
کاویتاسیون پدیده ای است که در سرعتهای بالا باعث خرابی و ایجاد گودال در سطح می گردد . گاهی در یک سیستم هیدرولیکی به علت بالا رفتن سرعت‚فشار منطقه ای پایین می اید و ممکن است این فشار به حدی پایین بیاید که برابر فشار بخار سیال در آن شرایط باشد و یا در طول سرریز یا حوضچه خلاءزایی در اثر وجود ناصافیها و یا ناهمواریهای کف سرریز خطوط جریان از بستر خود جدا شده و بر اثر این جداشدگی فشار موضعی در منطقه جداشدگی کاهش یافته و ممکن است که به فشار بخار سیال(فشار بخار فشاری است که در ان مایع شروع به جوشیدن کرده و با بخار خود به حالت تعادل می رسد) برسد . در این صورت بر اثر این دوعامل بلافاصله مایعی که در آن قسمت از مایع در جریان است به حالت جوشش درامده و سیال به بخار تبدیل شده و حبابهایی از بخار بوجود میاید . این حبابها پس از طی مسیر کوتاهی به منطقه ای با فشار بیشتر رسیده و منفجر میشود و تولید سر وصدا می کند و امواج ضربه ای ایجاد می کند و به مرز بین سیال و سازه ضربه زده و پس از مدت کوتاهی روی مرز جامد ایجاد فرسایش و خوردگی میکند .(corrotion( تبدیل مجدد حبابها به مایع و فشار ناشی از انفجار آن گاهی به ١٠٠٠ مگا پاسکال می رسد . از آنجایی که سطوح تماس این حبابها با بستر سرریز بسیار کوچک می باشند نیروی فوق العاده زیادی در اثر این انفجارها به بسترهای سرریز ها و حوضچه های آرامش وارد می کند . این عمل در یک مدت کوتاه و با تکرار زیاد انجام می شود که باعث خوردگی بستر سرریز می شود و به تدریج این خوردگیها تبدیل به حفره های بزرگ می شوند .

. این مرحله را : Cavitation erosion or cavitation pitting می نامند. در سرریز های بلند چون سرعت سیال فوق العاده زیاد می باشد ‚در نتیجه نا صا فیهای حتی در حد چند میلیمتر هم می تواند باعث ایجاد جدا شدگی جریان شود . هر نوع روزنه با برامدگی تعویض ناگهانی سطح مقطع هم می تواند باعث جدایی خطوط جریان شود . این پدیده معمولا در پایه های دریچه ها بر روی سرریز ها‚در قسمت زیر دریچه های کشویی و انتهای شوتها رخ دهد . شرایطی که موجب کاویتاسیون می گردد اغلب در جریانهای با سرعت بالا پدید می اید . بطور مثال سطح آبروی سریز که ٤٠ تا ٥٠ متر پایین تر از سطح تراز آب مخزن می باشد بطور حاد در معرض خطر کاویتاسیون قرار دارد . پدیده کاویتاسیون در جریانات فوق اشفته در پرش هیدرولیکی در مکانهایی مثل حوضچه های خلاءزایی مشکلات فراوانی ایجاد می کند . صدمه کاویتاسیون به سازه های طراحی شده برای سرعتهای بالا و در سد های بلند و سرریزهای بزرگ یک مشکل دائمی است . کمیت بدون یعدی را که بیانگر جوشش ناشی از جریان مایع باشد عدد کاویتاسیون می نامند

فاکتورهای موثر در پدیده کاویتاسیون :
در طی حداقل ٢٠سال تجربه و بررسی عملکرد سرریزها ( شامل مدل و آزمایش بر روی پروتوتیپ ) این طور نتیجه گیری شده که کاویتاسیون در اثر عملکرد مجموعه ای از عوامل و شرایط است . معمولا یک عامل به تنهایی برای ایجاد مسئله کاویتاسیون کافی نیست ولی ترکیبی از عوامل هندسی و هیدرودینامیکی و فاکتورهای وابسته دیگر ممکن است منجر به خسارت کاویتاسیون گردد . از مهمترین عواملی که می توانند در این زمیه ممکن است دخیل باشند می توان به موارد زیر اشاره کرد : 1.عوامل هندسی : که شامل موارد زیر می شود .

ناهمواریهای سطحی سرریز‚خصوصا برامدگیها و فرورفتگیهای موضعی – شکافهای دریچه های کشویی و پایه های دریچه های قطاعی – ستونها piers – درزهای ساختمانی -جدا کننده جریان ودفلکتورها Flow splitter & deflector – دهانه مجاری و لوله Ports of ducts & pipe – تغیر در شکل عبور جریان Change of water passage shape – انحنا یا انحراف در مسیر جریان در آبراهه Misalignment of conduit 2.عوامل هیدرودینامیکی : – دبی مخصوص – سرعت جریان – عملکرد دریچه – توسعه لایه مرزی 3.عوامل متفرقه : – انتقال حرارت در طی فروریختن – درجه حرارت آب – تعداد واندازه حبابهای درون آب Diffusion of air – پراکندگی هوا
یکی از مثال های بارز و خطرناک کاویتاسیون در پره های توربین دیده می شود و به راحتی میتواند باعث تخریب پره گردد.از دیکر مثال هل برای این پدیده میتوان به کاویتاسیون در پروانه ی کشتی ها اشاره کرد. پدیده کاویتاسیون در پمپ های گریز از مرکز هنگامی رخ می دهد که خالص ارتفاع مثبت در قسمت مکش پمپ از آنچه که شرکت سازنده پمپ پیشنهاد کرده است کمتر شود. بنابراین برای تحلیل شرایط بروز این پدیده در پمپ های گریز از مرکز لازم است که شرایط قسمت مکش پمپ از نظر فشار (ارتفاع) و همچنین مشخصه های پمپ از نظر وجود کمترین شرایط مورد نیاز برای جلوگیری از بروز این پدیده بررسی شود . برای ساده تر کردن این تحلیل ، NPSH به دو بخش تقسیم می شود :

– خالص ارتفاع مثبت قابل دسترس درقسمت مکش (NPSHA) – خالص ارتفاع مثبت مورد نیازدر قسمت مکش (NPSHR) NPSHR جزو مشخصه های سیستم پمپاژ است و به عوامل متعددی همچون فشار جو ، خواص فیزیکی مایع مورد پمپاژ (درجه حرارت ، وزن مخصوص ، فشار بخار در دمای پمپاژ ، ویسکوزیته و …)، اختلاف سطح انرژی پتانسیل (فشار یا ارتفاع) در مخزن مکش تا دهانه چشم پروانه ، تعداد و نوع اتصالات مورد استفاده در قسمت مکش ، طول و قطر لوله مکش ، دبی جریان و … بستگی دارد .NPSHR به مشخصه های رفتاری و طراحی ، دبی جریان، سرعت دورانی و … پمپ بستگی دارد . ویژگی های این مشخصه از سوی شرکت سازنده پمپ به شکل یک دسته منحنی سهمی گونه صعودی برای قطرهای مختلف پروانه و برحسب تغییرات دبی پمپ تهیه می شود و به مشتریان داده می شود.

وجه مشترک NPSHR با NPSHA وابستگی هر دو آنها به دبی جریان مایع است . با این تفاوت که اگر NPSHR با افزایش دبی افزایش می یابد ، NPSHA با افزایش دبی کاهش می یابد . به دلیل همین تفاوت رفتاری است که می توان گفت یکی از عوامل اصلی بروز کاویتاسیون در پمپ های گریز از مرکز بالا بودن دبی جریان است .

دمای سیال ورودی نباید از حداکثر مجاز عبور نماید، زیرا در این صورت با مشکلاتی همچون کاهش ظرفیت، پدیده کاویتاسیون و تشکیل رسوب در سطح داخلی پمپ رو به رو خواهد شد.

حداکثر دمای مجاز سیال برای پمپ های وکیوم آب در گردش 50 درجه سانتی گراد می باشد. البته لازم به ذکر می باشد پمپ های وکیوم در دماهای بالاتر از حد مجاز دچار کاهش ظرفیت وکیوم می گردند.
کاویتاسیون : حُفره زایی (نام های دیگر: خوردگی حبابی، کَویتاسیون، حفره سازی، خلاءزایی) پدیده ای است که در آن کاهش فشار، باعث تبخیر موضعی مایع و ایجاد حباب هایی شود.
در این پدیده که معمولاً در مایعات با حرکت متلاطم به دلیل اختلاف فشار در مایع رخ می د هد، فشار موضعی کم تر از فشار بخار مایع می شود. این امر باعث می شود تا مثلاً آب که در شرایط متعارف در ۱۰۰ درجه سانتیگراد شکل گازی پیدا می کند در دماهایی پایین تر زودتر به صورت گاز درآید.
حباب های گازی ایجاد شده زمانی که دوباره به منطقه پرفشارتر وارد می شوند معمولاً منفجر می شوند. این ترکیدن حباب ها شوکی موج مانند ایجاد می کند که صدادار است.
حفره زایی همچنین یکی از دلایل اولیه لرزش در پمپ های وکیوم می باشد به این ترتیب به دلیل مکش موجود در محفظه پمپ، فشار مایع درون محفظه کاهش می یابد. چنانچه این فشار از فشار بخار مایع در دمای عملیاتی کمتر شود؛ مایع درون محفظه پمپ تبخیر شده و بصورت حباب درمی آید. این حبابها در برخورد با پروانه های پمپ ترکیده و نه تنها باعث لرزش پمپ می شوند بلکه آسیبهای جدی از جمله خوردگی زیاد در لبه پروانه ها و بدنه ایجاد می کنند که به مرور زمان باعث کاهش راندمان پمپ می گردد. وجود مانع در مسیر مکش، وجود زانوئی در فاصله نزدیک ورودی پمپ و یا شرایط غیر عادی بهره برداری از عوامل این مسئله هستند.

در شرایط زیر کاویتاسیون رخ خواهد داد :
دما و فشار مایع درونی پمپ وکیوم بالا باشد.
فشار مطلق ورودی کمتر از 80 میلی لیتر جیوه باشد که بستگی به درجه حرارت سیال خواهد داشت.
وجود یک مانع در سر راه مکش
وجود زانوئی در فاصله نزدیک ورودی پمپ
اگر فشار استاتیکی از فشار بخار بیشتر گردد
پمپ بزرگتر از ظرفیت نصب شده باشد

فعالیت پمپ در شرایط کاویتاسیون ( در طولانی مدت ) می تواند باعث صدمات و آسیب های جدی پمپ گردد.
جهت رفع کاویتاسیون، علاوه بر رفع موارد و مشکلات بالا می توانید از راهکرد های زیر استفاده نمایید :
نصب شیر قائم ضد کاویتاسیون
حذف زانوئی در فاصله نزدیک ورودی پمپ
کاهش دمای مایع درونی
ویسکوزیته، گِرانرَوی ،لِزْجَت یا وُشکسانی : عبارت است از مقاومت یک مایع در برابر اعمال تنش برشی، در یک سیال جاری (در حال حرکت)، که لایه های مختلف آن نسبت به یکدیگر جابجا می شوند، به مقدار مقاومت لایه های سیال در برابر لغزش روی هم گرانروی سیال می گویند. هرچه گرانروی مایعی بیشتر باشد، برای ایجاد تغییر شکل یکسان، به تنش برشی بیشتری نیاز است. به عنوان مثال گرانروی عسل از گرانروی شیر بسیار بیشتر است.
با افزایش دما لزجت سیالات مایع کاهش می یابد ولی در گازها، قضیه برعکس است، البته درصد تغییرات آن برای سیالات مختلف متفاوت است.

در انتها این صداهای منقطع به صداهایی شدید ودائم تبدیل می گردد و در همین حال نیز راندمان پمپ به شدت کاهش می یابد. این پدیده در سرعتهای بالا باعث خرابی و ایجاد گودال می گردد . گاهی در یک سیستم هیدرولیکی به علت بالا رفتن سرعت‚فشار منطقه ای پائین می اید و ممکن است این فشار به حدی پائین بیاید که برابر فشار سیال در آن شرایط باشد و یا در طول سرریز یا حوضچه خلاءزایی در اثر وجود ناصافیها و یا ناهمواریهای کف سرریز خطوط جریان از بستر خود جدا شده و بر اثر این جداشدگی فشار موضعی در منطقه جداشدگی کاهش یافته و ممکن است که به فشار بخار سیال برسد . در این صورت بر اثر این دوعامل بلافاصله مایعی که در آن قسمت از مایع در جریان است به حالت جوشش درامده و سیال به بخار تبدیل شده و حبابهایی از بخار بوجود میاید . این حبابها پس از طی مسیر کوتاهی به منطقه ای با فشار بیشتر رسیده و منفجر میشود و تولید سر وصدا می کند و امواج ضربه ای ایجاد می کند و به مرز بین سیال و سازه ضربه زده و پس از مدت کوتاهی روی مرز جامد ایجاد فرسایش و خوردگی میکند . تبدیل مجدد حبابها به مایع و فشار ناشی از انفجار آن گاهی به ١٠٠٠ مگا پاسکال میرسد .

انواع کاویتاسیون که ممکن است در پمپ ها اتفاق بیافتد:
مایع و فشار ناشی از انفجار آن گاهی به ١٠٠٠ مگا پاسکال میرسد .
– کاویتاسیون تبخیری (نارسایی NPSHa) : شایعترین نوع کاویتاسیون می باشد و حدود 70% از کاویتاسیون ها را در بر می گیرد. برای جلوگیری از این نوع کاویتاسیون، مقدار NPSHa در سیستم باید از مقدار NPSHr (حداقل انرژی مورد نیاز پمپ که توسط کارخانه سازنده توسط منحنی هایی به همراه کاتالوگ پمپ ارائه می گردد) بیشتر باشد.برای جلوگیری از صدمات ناشی از این نوع کاویتاسیون، راهکار های زیر پیشنهاد می گردد: 1- کاهش دما که مقدار هد ناشی از فشار بخار سیال را کاهش دهد، هرچه دما کمتر باشد در نتیجه فشار اشباع متناظر به آن کمتر خواهد شد و در نتیجه احتمال کمتر شدن این فشار نسبت به فشار داخل پمپ افزایش می یابد . بنابراین وقتی خواستید که سیال با دمای بالا را پمپ کنید بسیار باید به این نوع کاویتاسیون دقت کنید.

2- افزایش تراز مایع در مخزن مکش که مقدار هد استاتیکی را افزایش می دهد. 3- بهبود و اصلاح پمپ شامل موارد زیر : – کاهش سرعت که مقدار Hf(هد ناشی از افت) را کاهش می دهد. – افزایش قطر چشمه پره – بکار بردن دو پمپ کوچکتر بصورت موازی که موجب کاهش افد هد می شود. در این شرایط مایع مجبور می شود از ناحیه پر فشار پمپ به طرف ناحیه کم فشار آن در عرض پره بازگردش کند. وقتی در قسمت مکش یا تخلیه جریان گردابی ایجاد می شود که ناشی از سرعت بالای سیال می باشد جریان سیال برعکس شده و در خلاف جریان حرکت جریان عادی سیال باز گردش می کند.

باز گردش سیال باعث می شود که قطر مفید عبور سیال در قسمت مکش و تخلیه کاهش یابد و باعث کاهش فشار سیال گردد(مطابق اصل برنولی). با کاهش فشار و رسیدن فشار به فشار بخار سیال پدیده کاویتاسیون ایجاد می شود. این نوع کاویتاسیون به دو حالت اتفاق می افتد : اول اینکه مایع داخل محفظه پمپ با سرعت موتور باز گردش کرده و یکباره حرارتش افزایش پیدا کرده و فوق گرم می شود. دوم وقتی که سیال مجبور می شود که از میان آب بند ها و درزهای بین قطعات به سرعت عبور کند در این حالت حرارت بالا باعث تبخیر مایع خواهد شد. صدمات ناشی از کاویتاسیون در پمپ های باز بیشتر در لبه تیغه های ایمپلر سمت چشم پره و در نوک تیغه ها تا قطر خارجی ایمپلر اتفاق می افتد. در پمپ های با ایمپلر بسته این صدمات روی نوار های سایشی بین پرهو بدنه محفظه ایجاد می شود. برای بهبود و تصحیح شرایط در حالت ایمپلر باز باید ایمپلر را به گونه ای تنظیم کرد که تلرانس بین تیغه ها و محفظه دقیقا تصحیح شود.در پمپ های پره بسته امکان تصحیح شرایط نیست اما لازم است جریان محصور شده در قسمت تخلیه پمپ آزاد شود. فضای آزاد بین نوک پره و زبانه باید معادل 4% قطر پره باشد. صدمات ناشی از این نوع کاویتاسیون بیشتر در نوک تیغه های خارجی پره و پشت زبانه، روی دیواره محفظه داخلی دیده می شود.

– کاویتاسیون از نوع مکش مکش هوا می تواند به اشکال مختلف در لوله ها و نقاط دیگر پمپ اتفاق بی افتد. مثلا در صورت ایجاد خلا در پمپف هوا می تواند به درون لوله ها وارد شود. یکی از این نمونه ها پمپبالاکش (Lift pump) می باشد. هوا از راههای زیر می تواند وارد پمپ شود. 1- آببند شفت پمپ 2- آببند ساق متصل به صفحه شیر در لوله مکش 3- رینگ های اتصالی لوله مکش 4- واشر های آب بند صفحه فلنج در اتصالات لوله 5- ارینگ ها و اتصالات پیچی در قسمت مکش 6- ارینگ ها و آب بندهای ثانویه در آب بندهای تک 7- سطوح آب بندهای مکانیکی تک 8- از طریق حباب ها و حفره های هوا در لوله مکش 9- از طریق مایعات کف کننده

راه های جلوگیری از کاویتاسیون نوع مکش هوا: 1- آب بندی و بستن تمام سطوح، صفحات فلنج ها و واشر ها 2- درزبندی و بستن رینگ های آب بند و آببندهای ساقه متصل به صفحه شیر در لوله مکش 3- نگه داشتن سرعت سیال به میزان 8 فوت بر ثانیه (با افزایش قطر لوله) 4- استفاده از آب بند های مکانیکی دوبل

کاویتاسیون گذرا

فرایندی است که در آن حباب بر اثر انرژی ورودی به سیال وادار به نوسان می شود مانند میدان صوتی. این نوع کاویتاسیون در تمیزکاری با امواج اولتراسونیک دیده می شود.
از آنجایی که امواج شوک تشکیل شده توسط کاویتاسیون به اندازه ای قوی هستند که ضررهای قابل توجهی به سیستم وارد می آورند از این رو در طراحی توربین ها و ملخ هواپیما و کشتی و…شرایط دینامیک سیال بسیار حائز اهمیت است

چگونگی تشکیل کاویتاسیون در پروانه

بیشترین جایی که کاویتاسیون در آن اتفاق می افتد پمپ ها، ملخ کشتی، زیر دریایی و …است.
پروانه و ملخ بخش هایی هستند که تیغه های آن توسط سیال به حرکت در می آیند. وقتی که سیال با شتاب از روی تیغه ها جریان می یابد نواحی کم فشار شکل می گیرد. هر چه سیال سریعتر گذر کند فشار بیشتر کاهش می یابد تا به فشار بخار مایع برسد و حباب های کوچکی تشکیل شوند که با ترکیدن آن ها روی سطح مکش ایجاد می کنند

افزایش فشار کل یا محلی در سیستم

با افزایش فشار کلی یا محلی در سیستم ، فاصله بین فشار استاتیک و فشار تبخیر افزایش یافته ومی توان از تبخیر و کاویتاسیون اجتناب کرد. نسبت بین فشار استاتیک و فشار بخار بیانگر تمایل به تبخیر و ایجاد کاویتاسیون می باشد. با توجه به محدودیت ها متاسفانه همیشه این امکان پذیر نیست که فشار استاتیکی کل را افزایش داد.
فشار استاتیک محلی ممکن است با افزایش اجزای سیستم افزایش یابد. شیر های کنترل و پمپ ها باید به طور کلی در پایین ترین بخش از سیستم قرار گیرند تا بیشترین هد استاتیکی را داشته باشد.
این راه حل معمول برای تغذیه پمپ های دیگ بخار حاوی میعانات داغ (مثلا آب تا 100 درجه سانتی گراد) می باشد.

امکان تبخیر و کاویتاسیون با افزایش درجه حرارت آب به میزان قابل توجهی زیاد می شود.

دیده کاویتاسیون در تجهیزات هیدرولیکی (مانند پمپ ها، توربین ها، شیرها و غیره) یکی از موضوعات مهم، پیچیده و در عین حال بحث برانگیز است که در صورت بی تفاوتی به آن از سوی طراحان، سازندگان تجهیزات و یا مصرف کنندگان آنها می تواند آسیب های جدی را متوجه تجهیزات کرده و از کارایی آنها بکاهد.
کاویتاسیون عبارتست از تشکیل حباب هایی از بخار سیال که معمولاً در نواحی کم فشار در داخل سیال تولید می شوند و متعاقب آن متلاشی شدن حباب ها پس از افزایش فشار سیال. این متلاشی شدن با تمرکز انرژی در یک نقطه خاص، آن هم بصورت یک جت سیال در کسری از ثانیه عمل کرده و باعث وارد آوردن ضربه ای شدید با دما و فشار نقطه ای بسیار بالا به سطوح داخلی پمپ (معمولاً پروانه) شده و در صورت تداوم آسیب های شدیدی شبیه به خوردگی pitting بر سطح باقی می گذارد.

کاویتاسیون پدیده ای است که در سرعتهای بالا باعث خرابی و ایجاد گودال در سطح می گردد . گاهی در یک سیستم هیدرولیکی به علت بالا رفتن سرعت‚فشار منطقه ای پائین می اید و ممکن است این فشار به حدی پائین بیاید که برابر فشار بخار سیال در آن شرایط باشد و یا در طول سرریز یا حوضچه خلاءزایی در اثر وجود ناصافیها و یا ناهمواریهای کف سرریز خطوط جریان از بستر خود جدا شده و بر اثر این جداشدگی فشار موضعی در منطقه جداشدگی کاهش یافته و ممکن است که به فشار بخار سیال(فشار بخار فشاری است که در ان مایع شروع به جوشیدن کرده و با بخار خود به حالت تعادل می رسد) برسد . در این صورت بر اثر این دوعامل بلافاصله مایعی که در آن قسمت از مایع در جریان است به حالت جوشش درامده و سیال به بخار تبدیل شده و حبابهایی از بخار بوجود میاید . این حبابها پس از طی مسیر کوتاهی به منطقه ای با فشار بیشتر رسیده و منفجر میشود و تولید سر وصدا می کند و امواج ضربه ای ایجاد می کند و به مرز بین سیال و سازه ضربه زده و پس از مدت کوتاهی روی مرز جامد ایجاد فرسایش و خوردگی میکند .(corrotion( تبدیل مجدد حبابها به مایع و فشار ناشی از انفجار آن گاهی به ١٠٠٠ مگا پاسکال میرسد . از انجایی که سطوح تماس این حبابها با بستر سرریز بسیار کوچک می باشند نیروی فوق العاده زیادی در اثر این انفجارها به بسترهای سرریز ها و حوضچه های آرامش وارد می کند . این عمل در یک مدت کوتاه و با تکرار زیاد انجام می شود که باعث خوردگی بستر سرریز می شود و به تدریج این خوردگیها تبدیل به حفره های بزرگ می شوند . این مرحله را : Cavitation erosion or cavitation pitting می نامند. در سرریز های بلند چون سرعت سیال فوق العاده زیاد می باشد ‚در نتیجه نا صا فیهای حتی در حد چند میلیمتر هم می تواند باعث ایجاد جدا شدگی جریان شود . هر نوع روزنه با برامدگی تعویض ناگهانی سطح مقطع هم می تواند باعث جدایی خطوط جریان شود . این پدیده معمولا در پایه های دریچه ها بر روی سرریز ها‚در قسمت زیر دریچه های کشویی و انتهای شوتها رخ دهد .

شرایطی که موجب کاویتاسیون می گردد اغلب در جریانهای با سرعت بالا پدید می اید . بطور مثال سطح آبروی سریز که ۴٠ تا ۵٠ متر پایین تر از سطح تراز آب مخزن می باشد بطور حاد در معرض خطر کاویتاسیون قرار دارد . پدیده کاویتاسیون در جریانات فوق اشفته در پرش هیدرولیکی در مکانهایی مثل حوضچه های خلاءزایی مشکلات فراوانی ایجاد می کند . صدمه کاویتاسیون به سازه های طراهی شده برای سرعتهای بالا و در سد های بلند و سرریزهای بزرگ یک مشکل دائمی است . کمیت بدون یعدی را که بیانگر جوشش ناشی از جریان مایع باشد عدد کاویتاسیون می نامند:

فاکتورهای موثر در پدیده کاویتاسیون :

در طی حداقل ٢٠سال تجربه و بررسی عملکرد سرریزها ( شامل مدل و آزمایش بر روی پروتوتیپ ) این طور نتیجه گیری شده که کاویتاسیون در اثر عملکرد مجموعه ای از عوامل و شرایط است . معمولا یک عامل به تنهایی برای ایجاد مسئله کاویتاسیون کافی نیست ولی ترکیبی از عوامل هندسی و هیدرودینامیکی و فاکتورهای وابسته دیگر ممکن است منجر به خسارت کاویتاسیون گردد . از مهمترین عواملی که می توانند در این زمیه ممکن است دخیل باشند می توان به موارد زیر اشاره کرد :
۱٫عوامل هندسی : که شامل موارد زیر می شود .

با تشکر از توجه شما

تعداد صفحات : 54 | فرمت فایل : pptx

بلافاصله بعد از پرداخت لینک دانلود فعال می شود