Aina mpya ya risasi kwa silaha ndogo ambazo zinaweza kurushwa kwa ufanisi ardhini na chini ya maji. Risasi hizo mpya huchukua fursa ya mojawapo ya fizikia ambayo mabaharia wanaifahamu zaidi. Tunazungumza juu ya cavitation - mchakato wa malezi na kuanguka haraka kwa Bubbles kujazwa na mvuke katika kioevu. Hapo awali, hali ya cavitation ilionekana kuwa mbaya, yenye uwezo wa kuumiza meli tu. Lakini baadaye walipata maombi muhimu kwa ajili yake. Tuliamua kukumbuka jinsi jeshi hutumia cavitation kwa faida yao.
Katika nusu ya pili ya karne ya 19, meli zilizo na propela zenye uwezo wa kufikia kasi ya makumi kadhaa ya mafundo zilianza kuonekana. Magari haya yangeweza kusafirisha abiria haraka na kwa ujumla yalilinganisha vyema na meli zinazosafiri polepole. Hata hivyo, mabaharia hivi karibuni walikutana na athari mbaya: uso wa propellers, baada ya muda wa operesheni, ikawa mbaya na kuharibiwa. Kisha propela zilitengenezwa kwa chuma na zenyewe zikaharibiwa haraka na maji, kwa hivyo uharibifu wao hapo awali ulihusishwa na athari mbaya za maji ya bahari. Lakini mwishoni mwa karne ya 19, wanasayansi, kutia ndani John William Strett, Lord Raleigh, walielezea jambo la cavitation.
Cavitation ni jambo la kimwili ambalo Bubbles vidogo vilivyojaa mvuke huonekana kwenye kioevu nyuma ya kitu kinachoenda kwa kasi. Kwa mfano, wakati propeller inapozunguka, Bubbles vile huonekana nyuma ya vile na kwenye makali yao ya kufuatilia. Mara tu Bubbles hizi zinaonekana, huanguka karibu mara moja na kuunda wimbi la mshtuko. Kutoka kwa kila Bubble mmoja mmoja, haina maana kabisa, hata hivyo, juu ya operesheni ya muda mrefu, microwaves hizi za mshtuko, zinazozidishwa na idadi ya Bubbles, husababisha uharibifu wa muundo wa screw. Propela mbaya ambazo zimepoteza sehemu ya blade kwa kiasi kikubwa hupoteza ufanisi wao.
Propellers za kisasa zinafanywa kwa alloy maalum - kunial. Ni aloi ya msingi ya shaba na kuongeza ya nickel na alumini. Kwa hivyo jina - kunial (CuNiAl, Cuprum-Niccolum-Aluminium) Aloi ina nguvu sawa na chuma, lakini si chini ya kutu; Propela za Kunial zinaweza kubaki ndani ya maji kwa miongo kadhaa bila madhara yoyote. Hata hivyo, hata hizi propellers za kisasa zinahusika na uharibifu kutokana na cavitation. Lakini wataalam wamejifunza kupanua maisha yao ya huduma kwa kuunda mfumo wa hydroacoustic. Inatambua mwanzo wa cavitation ili wafanyakazi waweze kupunguza kasi ya propeller ili kuzuia malezi ya Bubble.
Katika miaka ya 1970, maombi muhimu yalipatikana kwa cavitation. Taasisi ya Utafiti ya Jeshi la Wanamaji la USSR imeunda kombora la kasi ya chini ya maji-torpedo "Shkval". Tofauti na torpedoes za kawaida zilizotumiwa wakati huo na katika huduma leo, Shkval inaweza kufikia kasi kubwa - hadi fundo 270 (karibu kilomita 500 kwa saa). Kwa kulinganisha, torpedoes ya kawaida inaweza kufikia kasi ya vifungo 30 hadi 70, kulingana na aina. Wakati wa kutengeneza kombora la Shkval torpedo, watafiti, shukrani kwa cavitation, waliweza kuondoa upinzani wa maji, ambayo inazuia meli, torpedoes na manowari kutoka kwa kasi kubwa.
Kitu chochote kilichosawazishwa chini ya maji kina mvutano wa juu. Hii ni kutokana na wiani na viscosity ya maji - kubwa zaidi kuliko ile ya hewa. Kwa kuongeza, wakati wa kusonga chini ya maji, nyuso za kitu huwa mvua na safu nyembamba ya laminar na gradient ya kasi kubwa inaonekana juu yao - kutoka sifuri kwenye uso wa kitu hadi kasi ya mtiririko kwenye mpaka wa nje. Safu hii ya lamina inajenga upinzani wa ziada. Jaribio la kuondokana na hilo, kwa mfano, kwa nguvu ya injini, itasababisha kuongezeka kwa mizigo kwenye propellers na kuvaa haraka ya hull ya kitu chini ya maji kutokana na deformation.
Wakati wa majaribio, wahandisi wa Soviet waligundua kuwa cavitation inaweza kupunguza kwa kiasi kikubwa kuvuta kwa kitu cha chini ya maji. Kombora la torpedo la Shkval lilipokea injini ya roketi, mafuta ambayo huanza kuwa oxidize inapogusana na maji ya bahari. Injini hii inaweza kuharakisha kombora la torpedo kwa kasi ya juu, ambayo Bubble ya cavitation huanza kuunda kwenye upinde wa Shkval, ikifunika kabisa risasi. Uundaji wa Bubble ya cavitation huwezeshwa na kifaa maalum katika upinde wa roketi ya torpedo - cavitator.
Cavitator kwenye Shkval ni washer wa gorofa inayoelekea, katikati ambayo kuna shimo la ulaji wa maji. Kupitia shimo hili, maji huingia kwenye compartment ya injini, ambapo oxidation ya mafuta hutokea. Bubble ya cavitation huundwa kwenye kando ya washer ya cavitator. Roketi ya torpedo huruka katika kiputo hiki. Toleo lililoboreshwa la Shkval linaweza kugonga meli za adui kwa umbali wa hadi kilomita 13. Ikilinganishwa na aina mbalimbali za torpedoes za kawaida (kilomita 30-140), hii sio nyingi, na hii ndiyo drawback kuu ya risasi. Ukweli ni kwamba wakati wa kukimbia, kombora la torpedo hufanya kelele kubwa, ikifunua msimamo wa manowari iliyoizindua. Shkval inashughulikia kilomita 13 haraka sana, lakini wakati huu manowari haitakuwa na wakati wa kutoroka moto wa kurudi.
Kombora la torpedo linaloruka katika Bubble ya cavitation haliwezi kuendesha. Hii inaeleweka kabisa: katika cavity ya cavitation, risasi haziwezi kuingiliana na maji ili kubadilisha mwelekeo. Kwa kuongezea, mabadiliko makali katika trajectory ya harakati yatasababisha kuanguka kwa sehemu ya cavity ya cavitation, kwa sababu ambayo sehemu ya kombora la torpedo itaishia ndani ya maji na kuharibiwa kwa kasi kubwa. Hapo awali, Shkval ilikuwa na kichwa cha nyuklia chenye uwezo wa kilotoni 150, ambayo baadaye ilibadilishwa na kichwa cha kawaida cha mlipuko wa juu na uzito wa kulipuka wa kilo 210. Leo, pamoja na Urusi, Ujerumani na Iran zina silaha na torpedoes za cavitating.
Cavitator ya kombora la torpedo la Shkval
Nusu moja 3544 / Wikimedia Commons
Mnamo 2014, Taasisi ya Teknolojia ya Harbin iliwasilisha wazo la manowari yenye uwezo wa kusafiri chini ya maji kwa kasi ya karibu au hata ya juu zaidi. Watengenezaji walitangaza kwamba manowari kama hiyo itaweza kusafiri kutoka Shanghai hadi San Francisco (kama kilomita elfu kumi) kwa karibu saa moja na dakika 40. Manowari itasonga ndani ya cavity ya cavitation. Manowari mpya itakuwa na cavitator kwenye upinde, ambayo itaanza kufanya kazi kwa kasi ya zaidi ya 40 knots. Kisha manowari itaweza kuchukua haraka kasi ya kusafiri. Injini za roketi zitawajibika kwa harakati ya manowari kwenye cavity ya cavitation.
Kasi ya sauti katika maji ni karibu kilomita elfu 5.5 kwa saa kwa joto la digrii 24 na chumvi ya 35 ppm. Wakiwasilisha dhana yao, watengenezaji walibainisha kuwa kabla ya kuunda manowari mpya, matatizo kadhaa yanahitaji kutatuliwa. Mmoja wao ni kutokuwa na utulivu wa Bubble ya cavitation ambayo manowari lazima iruke. Kwa kuongeza, ni muhimu kutafuta njia ya kuaminika ya kudhibiti meli inayotembea chini ya maji kwa kasi ya juu. Kama moja ya chaguzi, uwezekano wa kutengeneza rudders ambayo inaweza kupanua zaidi ya cavity ya cavitation inazingatiwa.
Wakati huo huo, mwanzoni mwa miaka ya 2000, Ofisi kuu ya Ubunifu na Utafiti wa Silaha za Michezo na Uwindaji ya Ofisi ya Ubunifu wa Ala ya Tula iliamua kutumia jambo la cavitation wakati wa kuunda bunduki mpya ya mashine kwa waogeleaji wa mapigano. Tunazungumza juu ya ADS (bunduki maalum ya shambulio la kati-mbili) - bunduki ya kushambulia yenye uwezo wa kurusha kwa usawa hewani na chini ya maji. Silaha inafanywa kulingana na muundo wa bullpup (utaratibu wa trigger iko kwenye kitako) na ina launcher jumuishi ya grenade. Uzito wa silaha yenye urefu wa milimita 685 ni kilo 4.6.
Bunduki hii ya mashine hutumia cartridges maalum za PSP 5.45 mm kwa kurusha chini ya maji. Zina vifaa vya risasi ya chuma kwa namna ya sindano yenye urefu wa milimita 53. Uzito wa risasi ni gramu 16. Projectile imewekwa kwenye sanduku la cartridge na malipo ya poda kwa urefu wake mwingi, ili urefu wa jumla wa cartridge ufanane na risasi za kawaida za caliber 5.45 mm. Risasi ya cartridge ya PSP ina eneo tambarare kwenye ncha. Wakati wa kusonga chini ya maji, jukwaa hili linaunda cavity ya cavitation karibu na projectile. Shukrani kwa kipengele hiki, safu ya ufanisi ya kurusha ADS chini ya maji kwa kina cha mita tano ni mita 25.
Mbali na cartridges maalum, bunduki ya mashine ina uwezo wa kurusha risasi za kawaida. ADS inaweza kuwa na muffler. Kiwango cha moto cha ADF kwenye ardhi ni raundi 800 kwa dakika, na safu inayofaa ni mita 500. Silaha hiyo ina jarida la sanduku linaloweza kutolewa na uwezo wa raundi 30. Mashine ina kubadili kwa njia za uendeshaji za utaratibu wa kutolea nje gesi ya maji / hewa. Inabadilisha uendeshaji wa utaratibu wa kupakia upya, kuibadilisha kufanya kazi katika hewa au maji. Bila njia tofauti, utaratibu wa kuchaji upya katika maji unaweza kukwama.
Silaha za kawaida za kisasa pia zina uwezo wa kurusha chini ya maji, lakini hazitumiwi sana kwa madhumuni haya. Kwanza, upinzani wa inertial wa kioevu na wiani mkubwa wa maji kuliko hewa hairuhusu silaha za moja kwa moja kupakia silaha haraka, na wakati mwingine hata hufanya hivyo kuwa haiwezekani. Pili, vifaa vya bunduki na bastola za kushambulia ardhi hapo awali hazikuundwa kufanya kazi katika mazingira ya majini na hazihimiliwi na mfiduo wa muda mrefu - hupoteza haraka lubrication, kutu na kushindwa kwa sababu ya mshtuko wa majimaji. Wakati huo huo, risasi za kawaida, ambazo ni sahihi sana kwenye ardhi, huwa hazina maana kabisa katika maji.
Ukweli ni kwamba umbo la aerodynamic la risasi ya kawaida hufanya trajectory ya ndege yake katika maji kuwa vigumu kutabiri. Kwa mfano, kwenye mpaka wa tabaka za maji ya joto na baridi, risasi inaweza kuruka, ikitoka kwenye mhimili wa longitudinal wa risasi. Kwa kuongeza, kutokana na sura yake, projectile ndogo ya silaha chini ya maji hupoteza haraka nishati yake, na kwa hiyo hatari yake. Kama matokeo, kugonga shabaha na bunduki ile ile ya kushambulia ya Kalashnikov kwenye maji inakuwa karibu haiwezekani hata kwa umbali mfupi sana. Hatimaye, risasi za kawaida zilizo na koti ya tombac (alloi ya shaba kulingana na shaba na nikeli) huharibika haraka chini ya maji na inaweza hata kuharibiwa.
Tatizo la kugawanyika kwa risasi lilitatuliwa na kampuni ya Norway ya DSG Technology. Alitengeneza aina mpya ya risasi, CAV-X. Hawana sura ya ogive ya kawaida, kama risasi za kawaida, lakini sura ya conical. Ncha ya risasi ni bapa na inapopiga maji huanza kufanya kama cavitator, kwa sababu ambayo cavity ya cavitation huundwa karibu na projectile. Kama matokeo, risasi haigusani na maji na huhifadhi nishati ya kinetic kwa muda mrefu. Risasi za cavitating za CAV-X si ndefu zaidi kuliko risasi za kawaida za caliber sawa, tofauti na risasi za Kirusi kwenye cartridge ya PSP.
Risasi za cavitating zinafanywa kwa tungsten na kushinikizwa kwenye kesi ya shaba. Leo zinazalishwa kwa calibers 5.56, 7.62 na 12.7 millimita. Kulingana na Teknolojia ya DSG, chini ya maji, risasi za cavitating za calibres hizi huhifadhi athari zao mbaya katika safu za mita 14, 22 na 60, mtawaliwa. Wakati huo huo, risasi za calibers nyingine hadi silaha za milimita 155 pia zinaweza kupigwa. Kweli, uwezekano wa kuunda shells kwa risasi chini ya maji ni shaka sana. Bado haijajulikana ni aina gani ya risasi za Cavitating za CAV-X zimepangwa kutumika. Silaha ndogo za kawaida bila marekebisho maalum hazifaa kwa risasi chini ya maji.
Hata hivyo, risasi za kufyatua zinaweza kuwa muhimu wakati wa kufyatua shabaha za chini ya maji kutoka nchi kavu. Ikiwa unapiga risasi, sema, katika mwogeleaji wa mapigano chini ya maji kutoka pwani na bastola ya kawaida au bunduki ya mashine, basi uwezekano mkubwa ataogelea bila kujeruhiwa. Ukweli ni kwamba risasi zitapungua kwa kasi wakati zinapiga maji au ricochet mbali nayo; hii inategemea angle ya mhimili wa pipa kwenye uso wa maji ambayo risasi hufanyika. risasi Cavitating itakuwa na uwezo, kivitendo bila deflection, kupita uso wa maji na kugonga lengo chini ya maji. Lakini wanajeshi hawakabiliani na hitaji la kumpiga risasi adui wa chini ya maji kutoka ardhini mara nyingi hivi kwamba wanaanza ununuzi wa katuni na risasi za CAV-X.
Ingawa wahandisi wa kijeshi waliweza kupata matumizi muhimu ya cavitation, kwa kiasi kikubwa uvumbuzi wao haukuwa maarufu sana. Shkval kombora-torpedoes hazijawahi kutumika katika vita, na leo hazitumiwi kabisa na meli za Kirusi - risasi hizi ziligeuka kuwa za kelele sana na za muda mfupi. Cartridges za risasi chini ya maji zinahitajika tu na waogeleaji wa mapigano na waharibifu na hutumiwa mara chache sana. Uwezo wa wataalamu wa Kichina kuunda manowari ya cavitating ni ngumu kuamini. Kwa hiyo, labda, cavitation bado ni jambo la kimwili ambalo ni bora kujaribu kuepuka.
Vasily Sychev
Wazo hili linafafanuliwa kama ifuatavyo: malezi ya kutoendelea katika mwendelezo wa kioevu kama matokeo ya kupungua kwa shinikizo ndani yake. Kupasuka kwa kioevu ni, bila shaka, Bubbles. Neno cavitation linatokana na neno la Kilatini cavitas, ambalo linamaanisha utupu.
Wacha tujiwekee lengo tofauti kwa muda: wacha tufahamiane na muundo wa kimsingi ambao unasimamia kioevu kinachotiririka kwenye bomba. Wacha tufikirie bomba la usawa la sehemu tofauti ya msalaba ambayo kioevu hutiririka. Ambapo eneo la sehemu ya msalaba ni ndogo, kioevu kinapita kwa kasi, na ambapo ni kubwa, inapita polepole zaidi. Kwa mujibu wa sheria ya uhifadhi wa nishati, zifuatazo zinaweza kuelezwa. Zaidi ya kiasi kilichotengwa cha kioevu kinachotiririka, kazi inafanywa na nguvu za shinikizo zinazolazimisha mtiririko wake. Ikiwa maji hayana mnato, basi kazi hii itatumika tu katika kubadilisha nishati yake ya kinetic. Sheria ya uhifadhi wa nishati inatoa haki ya kusawazisha kazi ya nguvu za shinikizo na mabadiliko katika nishati ya kinetic ya maji. Kutoka kwa usawa huu ifuatavyo equation ya Daniel Bernoulli, ambayo imeridhika katika sehemu yoyote ya bomba:
Katika equation hii, ni wiani wa kioevu, ni kasi ya mtiririko wake, ni shinikizo la kioevu katika mtiririko, na ni thamani ya mara kwa mara. Unaweza kuisoma kama hii: jumla ya msongamano wa nishati ya kinetic na shinikizo kwenye kioevu kinachotiririka bado haijabadilika.
Equation iliyoandikwa ni ya msingi katika sayansi ya maji.
Hebu tuangalie formula kwa makini. Hivi ndivyo formula inavyosema: nyembamba sehemu ya msalaba wa bomba, kubwa zaidi , zaidi, kidogo, ambayo inamaanisha" hiyo inaweza kuwa juu sana kwamba shinikizo itakuwa chini ya thamani fulani muhimu. Vipuli vya gesi au mvuke vilivyopo kwenye kioevu kinachotembea na kufungwa katika ukanda ambapo huanza kuongezeka kwa kiasi, kioevu "cavitates", na kugeuka kuwa kati ya povu. Kusonga pamoja na mtiririko kwenye eneo ambalo kuna shinikizo, Bubbles huanza kuanguka na kutoweka.
Kwa hivyo, tunatabiri kwa ujasiri kuonekana kwa Bubbles kwenye kioevu kinachotiririka, kwa msingi, kama msingi, tu juu ya sheria ya uhifadhi wa nishati. Msingi ni imara na unapaswa kuangalia kwa Bubbles.
Kwa kweli, cavitation inaweza pia kutokea wakati, kwa sababu fulani, maeneo yanaonekana kwenye kioevu ambayo kasi ya harakati zake ni tofauti. Kwa mfano, karibu na vile vile vinavyozunguka vya meli ya magari, au karibu na fimbo inayotetemeka ndani ya maji.
"Tone huondoa jiwe" - kila mtu anajua hii. Lakini ukweli kwamba Bubble huharibu chuma haionekani kujulikana kwa ujumla. Kesi nyingi za uharibifu wa propellers za meli za kasi kwa Bubbles za cavitation zimerekodiwa. Uharibifu huu wakati mwingine huzima propela ndani ya masaa machache tu ya safari ya meli. Eneo la cavitation karibu na propeller inayozunguka inasomwa kwa uangalifu na wajenzi wa meli ili kuchagua sura mojawapo ambayo, bila kuathiri sifa nyingine za propeller ya meli, upinzani wake wa cavitation utakuwa mkubwa zaidi. Hii ni hatua muhimu katika muundo na utengenezaji wa meli.
Hapa ni mfano mwingine wa madhara ya uharibifu wa cavitation. Ikiwa fimbo ya chuma hutetemeka ndani ya maji, uso wake wa mwisho utafunikwa na maeneo ya uharibifu wa cavitation: Bubbles huharibu chuma.
Kuna mawazo kadhaa juu ya utaratibu wa maambukizi ya Bubble ya kuruka kwenye uso wa chuma. Baada ya kufikia uso wa kizuizi, Bubble inaweza kuanguka haraka, kusisimua wimbi la mshtuko, na hii itajumuisha athari ya maji juu ya uso. Wanafizikia ambao wamesoma uharibifu wa cavitation wa metali kwa undani wameshawishika kuwa shinikizo la mapigo linalotambuliwa na uso linatosha kwa Bubbles kuunda na kukuza vyanzo vya uharibifu kwenye uso wa chuma. Kwa mfano, hii: mikazo ya mara kwa mara ya mapigo husababisha kushindwa kwa uchovu wa ndani.
Leo, kuna machapisho mengi yaliyotolewa kwa shida ya cavitation na njia za kuiondoa, lakini ni wachache tu kati yao wanaoelezea sababu kwa nini Bubbles zina athari ya uharibifu kama hiyo.
Kuonekana kwa cavitation katika pampu za centrifugal kawaida hutanguliwa na kuchemsha. Hii haimaanishi kuwa kuchemsha yenyewe ni hatari, lakini ikiwa Bubbles zinazosababisha hazipuka, basi zinaweza kutoa nguvu kubwa sana. Kuchemsha ni moja ya michakato ambayo mabadiliko katika hali ya kioevu hutokea na kugeuka kuwa mvuke.
Maji ya kioevu na Bubbles ya mvuke wa maji ambayo hutengenezwa wakati wa kuchemsha huundwa na molekuli sawa. Tofauti kuu kati yao ni kiwango cha nishati ya molekuli na nafasi ya jumla wanayochukua kama matokeo ya nishati iliyopokelewa. Molekuli za mvuke zina kiwango cha juu zaidi cha nishati. Harakati zao za haraka na ndefu zinahitaji nafasi zaidi kuliko molekuli za kioevu.
Kuchemsha na uundaji wa Bubbles za mvuke hutokea wakati nishati ya molekuli ya maji katika hali ya kioevu inakuwa kubwa zaidi kuliko shinikizo la maji na shinikizo la anga linalofanya juu ya uso wake. Utaratibu huu unaelezewa kwa kawaida kwa suala la joto, lakini katika sekta ya kusukumia ni mabadiliko ya shinikizo ambayo ni muhimu zaidi.
Kwa shinikizo la angahewa kwenye usawa wa bahari wa 760 mmHg, maji kwenye sufuria huchemka kwa joto la 100ºC. Kiasi cha kiputo cha mvuke kinachotokea kwenye kiwango cha kuchemka cha 100ºC kitakuwa kikubwa mara 1673 kuliko ujazo wa kiputo cha maji kwa joto sawa. Inapofikia uso wa maji, hupuka, ikitoa nishati ya joto na shinikizo. Chanzo kikuu cha nishati bado ni joto. Wimbi la mlipuko linalotokana na kupasuka kwa Bubble lina nguvu kidogo, kwa kuwa shinikizo katika Bubble ni chini ya angahewa moja, na nishati hutawanywa pande zote juu ya uso wa maji.
Ikiwa unapasha moto sufuria sawa, kwa mfano, katika sehemu ya kusini ya Kislovodsk, ambapo urefu juu ya usawa wa bahari hufikia 1600 m, basi maji ndani yake tayari yatachemka kwa joto la 95ºC. Kiwango cha chini cha kuchemsha kinahusishwa na nafasi ya juu juu ya kiwango cha Merya na shinikizo la chini la anga la 632 mmHg. Wakati shinikizo juu ya uso wa maji ni ya chini, nishati ya chini ya mafuta inahitajika kuanza mpito wa maji kutoka hali moja hadi nyingine. Na kadiri shinikizo linavyopungua, joto kidogo na kidogo litahitajika, na kwa kiwango cha shinikizo la takriban 4.5 mmHg, maji huchemka kwa urahisi kwenye joto la kuganda.
Mfano huo pia hufanya kazi kinyume chake: ikiwa shinikizo juu ya uso wa maji huongezeka kwa anga zaidi ya moja, kiwango cha kuchemsha pia kitaongezeka. Ikiwa shinikizo linakuwa la juu wakati wa kuchemsha, Bubbles za mvuke hazitapuka. Wanaanguka na kurudi kwenye hali yao ya awali ya kioevu.
Utaratibu huo hutokea katika pampu ya centrifugal wakati wa cavitation. Suction cavitation, fomu inayojulikana zaidi na inayotabiriwa kwa urahisi, hutokea wakati shinikizo chanya la kichwa katika upande wa kunyonya wa pampu linapoanguka chini ya shinikizo la mvuke wa maji yaliyo kwenye mwisho wa pampu (shinikizo la mvuke ni shinikizo linalohitajika kuweka maji katika hali ya kioevu kwa joto fulani). Sehemu za blade za impela ambazo huathirika zaidi na aina hii ya cavitation ni zile ambazo ziko katika eneo la shinikizo la chini kabisa, ambayo ni, zile ziko karibu na mlango wa kuingilia. Katika sehemu hii, vile vina kupiga kiwango cha juu, na wakati maji yanapita karibu nao, shinikizo kwenye uso wao huwa chini.
Kwa shinikizo la chini la kutosha, Bubbles zinaweza kuunda (kwa kuchemsha) ambazo huanguka chini ya sekunde moja wakati zinaingia kwenye eneo la shinikizo la juu kidogo. Nishati inayotolewa wakati kiputo cha mvuke wa maji kinaporomoka ni tofauti kabisa na ile inayoundwa wakati inapolipuka. Tofauti na kiputo cha mvuke ambacho hulipuka juu ya uso wa maji, kiputo kilichoporomoka hurudi tena kwenye hali ya umajimaji. Ingawa joto pia hutolewa wakati wa mchakato huu, chanzo kikuu cha nishati katika kesi hii ni mawimbi ya mshtuko yaliyoundwa kama matokeo ya kuanguka kwa Bubbles.
Mawimbi ya mshtuko huundwa na mgongano wa molekuli za maji, ambazo hukimbilia mahali ambapo Bubble huanguka ili kujaza utupu unaosababishwa. Nguvu ya wimbi la mshtuko inategemea mambo kadhaa. Utafiti unaonyesha kwamba maisha ya Bubble (kutoka malezi hadi kuanguka) ni milisekunde tatu (sekunde 0.003), hivyo mchakato huu hutokea haraka sana. Kadiri molekuli za maji zinavyogongana, ndivyo nishati zaidi inavyotolewa.
Ukubwa wa Bubble ya mvuke ya cavitation inaweza kuwa kubwa zaidi kuliko ile ambayo huundwa wakati wa mchakato wa kawaida wa kuchemsha kwa shinikizo la kawaida la anga. Kwa mfano, kwa joto la 20ºC (joto la kawaida la pampu), Bubble ya mvuke inayoundwa kama matokeo ya cavitation ni karibu mara 35 kuliko ile iliyotengenezwa kwa joto la 100ºC! Na ukubwa wa Bubble, ndivyo wingi wa maji unaohusika katika mgongano.
Mambo haya kwa pamoja (kasi na wingi) hutoa jumla ya nishati ya kinetiki ya kiputo kinachoanguka (KE = ½ mv²). Kasi ya juu inayotokana na kuanguka kwa kasi kwa Bubble na wingi mkubwa kutokana na ukubwa wa Bubble husababisha kutolewa kwa nishati kubwa. Wakati huo huo, mchakato muhimu zaidi hutokea, ambayo huongeza nguvu za uharibifu wa Bubble inayoanguka.
Mchoro wa 1 unaonyesha mfululizo wa picha zinazoonyesha mporomoko wa polepole wa kiputo cha mvuke. Katika hatua ya 1, Bubble ina sura ya karibu ya mviringo, ambayo huanza kupungua katika hatua ya 2. Utaratibu huu unaendelea hadi hatua ya 18, ikifuatiwa na kuanguka kamili.
Kielelezo 1. Kutoka kwa Cavitation na Bubble Dynamics na Christopher Brennen
na kuchapishwa mwaka 1995 na Oxford University Press
Jambo la kuvutia la kuzingatia hutokea wakati wa hatua ya 7, wakati ambapo unyogovu huanza kuunda chini ya Bubble. Uundaji huu, unaoitwa "microjet ya kuingilia", huunda kwenye moja ya nyuso za gorofa na huendelea kuongezeka kwa ukubwa hadi hatua ya 13. Katika hatua ya 14, ndege hii huvunja kupitia uso wa juu wa Bubble na inaongoza nguvu ya kuanguka kwa mwelekeo mmoja.
Utafiti pia ulionyesha kwamba ikiwa Bubble huanguka karibu na kuta za vitu vilivyo imara (blade au casing ya kinga), hatua ya microjet ni karibu kila mara kuelekezwa kuelekea kuta. Kwa maneno mengine, nishati yote ya kuanguka inaelekezwa kwa eneo fulani la microscopic ya uso wa impela, na matokeo yake, uharibifu wa chuma huanza.
Ni mchanganyiko wa nishati iliyojilimbikizia sana na mwelekeo wake katika mwelekeo mmoja ambao hupa Bubble inayoanguka nguvu kama hiyo ya uharibifu. Na hata ikiwa Bubbles huanguka mbali na uso wa impela na hakuna chuma kinachoharibiwa, mawimbi ya mshtuko bado husababisha vibration kali, ambayo inaweza kusababisha uharibifu mwingine kwa pampu.
Mhandisi wa kampuni
LLC "Pampu za Viwanda"
Sergey Egorov
Shujaa wa ajabu wa sinema
Mwishoni mwa karne ya 19, jeshi la wanamaji la Kiingereza lilipaswa kujazwa tena na meli mbili ambazo zilikuwa bora kwa wakati huo. "Dering" na "Turbinia" ilibidi kupitisha mtihani wa mwisho - kwa kasi, ambayo, kwa njia, iliwekwa mbele na wabunifu kama faida yao kuu. Kwa bahati mbaya, kasi iliyohesabiwa haikuweza kupatikana. Utafiti wa kina wa sababu zinazowezekana za kutofaulu ulionyesha: propela huchoka sana kwa kasi ya juu, ikifunikwa na mashimo, mashimo, na mkosaji ni Bubbles nyingi za mvuke-hewa zinazoonekana kwenye vile.
Chini ya hali kama hizi, teknolojia ilianza kufahamiana na cavitation. Ni mbinu. Kwa sababu sayansi imejua jambo hili kwa miaka ishirini. Ilitabiriwa kinadharia na mwanafizikia wa Kiingereza O. Reynolds. Na kama wabunifu wangekuwa makini zaidi kwa utafiti wa kimsingi wa mtani wao, labda aibu isingetokea.
Ndiyo, mwananadharia huyo anaweza kuwaonya wahandisi dhidi ya kusisimka sana. Lakini hakuna zaidi. Ikiwa angeulizwa: jinsi ya kujenga meli ya kweli ya kasi ya juu, kupita cavitation kwa njia fulani, mwanasayansi hangekuwa na jibu.
Na hadi leo, zaidi ya karne baadaye tangu cavitation iligunduliwa, sayansi ambayo inasoma jambo hili inadaiwa na teknolojia. Si mara zote inawezekana kufanya hesabu sahihi ya kizingiti zaidi ya ambayo cavitation, ambayo ni uharibifu kwa mashine au muundo, hutokea. Bado inabomoka, inafunua, chuma cha propela, blade za pampu na turbines, miili ya saruji ya mabwawa, mifereji ya maji, na kufuli.
Ni ngumu zaidi - na mawazo ya kumjaribu juu ya hii hayakuzaliwa jana - kubadilisha nguvu za uharibifu za cavitation na kuwafanya washirika.
Kwa nini sayansi ya kisasa yenye nguvu inapeana siri muhimu zaidi za cavitation?
Kwanza, hebu tukumbuke kile anachojua kuhusu jambo hili kwa hakika kabisa. Bubbles za cavitation huonekana kwenye kioevu ikiwa shinikizo la kupunguzwa linaundwa ndani yake. Hii hutokea, kwa mfano, wakati inapita karibu na mwili imara kwa kasi ya juu au, ambayo kimsingi ni sawa, wakati mwili yenyewe unaendelea haraka katika kioevu. Mawimbi ya sauti na ultrasonic kupitia kioevu pia huunda maeneo ya shinikizo la chini na kusababisha cavitation. Bubbles za cavitation hazidumu kwa muda mrefu. Kwa kasi kubwa, katika sehemu ndogo za sekunde, huanguka. Kuanguka huku, kama mlipuko, hutokeza wimbi la mshtuko. Wacha hii iwe milipuko midogo tu. Kwa muda mfupi, mamia, maelfu yao hutokea. Wanaingiliana, wakizidisha nguvu zao. Katika sehemu tofauti za kioevu, joto huruka mara moja hadi maelfu ya digrii, shinikizo kwa makumi mengi ya anga. Viputo vinaweza kutoa miale bora kabisa ya mwiba ambayo hutenda kwenye uso mgumu kama ganda linaloweza kuharibu silaha! Hapa ndipo nguvu za ajabu za Bubbles zisizo na uzito zinatoka.
Mara nyingi, kwa bahati mbaya, nguvu hizi ni za uharibifu. Ni katika hali chache tu ndipo wanaanza kufanya kazi kwa manufaa leo - kwa mfano, wao husafisha uso wa sehemu, kusaidia kufunua muundo wa asili wa mawe ya kumaliza, na kuchanganya vinywaji "visivyoendana" kama vile petroli na maji. Ili kupambana vyema na cavitation yenye madhara, yenye uharibifu na kuitumia kikamilifu kwa manufaa, kuna njia moja tu - kupenya zaidi ndani ya siri zake.
Kuna tofauti gani kati ya Bubble ya cavitation na ya kawaida? Nini kinaendelea ndani? Kwa mujibu wa sheria gani mabadiliko ya nishati hufanyika ndani yake? Ikiwa wanasayansi wangejua majibu ya maswali haya leo, angalia, kesho meli za kasi sana zingekuwa halisi. Lakini hadi sasa kuna nadharia nyingi tu zinazoshindana. Na hii ina maana kwamba mhandisi hawezi kuhesabu kwa usahihi unaohitajika muundo mpya au mashine ambayo angependa kuunganisha nguvu za cavitation.
Jinsi maarifa ya kutosha kuhusu jambo hili bado yanaonyeshwa na mfano huu. Karibu karne ya nusu iliyopita, sonoluminescence iligunduliwa - mwanga wa vinywaji chini ya ushawishi wa ultrasound, pamoja na athari za sonochemical zinazotokea tu wakati reagents zinawashwa na sauti. Matukio haya yote ni ya nguvu sana, na cavitation tu inaweza kusababisha. Madhara yakawa aina ya mtihani kwa cavitation. Hata hivyo, utaratibu na asili yao bado ni siri.
Kwa nini cavitation haipatikani? Ni vikwazo gani vinasimama katika njia ya siri zake? Ili kufikiria kwa uwazi zaidi mabadiliko yanayotokea na Bubble ya cavitation, lazima kwanza uangalie kwa uangalifu jinsi inavyozaliwa, kusonga, kutoweka, kwa neno, hatua zote za maisha yake.
Bubble ya cavitation imekuwa mmoja wa wahusika wakuu wa filamu za sayansi. Ilirekodiwa kwenye mita zisizohesabika za filamu katika maabara kadhaa kote ulimwenguni. Lakini ole, hata upigaji picha wa kasi ya juu hauwezi kuendana na nyakati za maisha yake. Shujaa wetu wa sinema anaishi laki moja tu au hata mamilioni ya sekunde! Ni lazima pia kuzingatia: ukubwa wa Bubbles ni hundredths, thousandths ya millimeter. Hatimaye, cavitation sio Bubbles moja au hata elfu kuzaliwa mara moja. Katika sentimita moja ya ujazo wa uwanja unaoitwa cavitation, karibu bilioni moja wao hupiga mara moja! Sio bahati mbaya kwamba mmoja wa mashujaa wa kwanza wa sinema ya holographic, mara tu alipoonekana katika maabara, toleo la majaribio, alikuwa tena Bubble ya cavitation ... Na siri hazikupungua.
Hedgehogs katika vitro
Katika sayansi mara nyingi hufanyika kama hii: kutatua shida yoyote ngumu, ambayo akili bora, iliyo na teknolojia ya hali ya juu zaidi, imekuwa ikijitahidi kwa miaka mingi, wazo fulani rahisi sana, la msingi, karibu na uzoefu wa shule, halipo. Katika tatizo la cavitation, hatua hii labda ya kuamua ilichukuliwa na wanasayansi kutoka sekta ya fizikia ya kemikali katika Taasisi ya Utafiti wa Sayansi ya Muungano wa All-Union Synthesis Organic Synthesis.
Ingawa watafiti wengine walitegemea vifaa vya hali ya juu na mbinu za hivi punde zaidi za kutatua mifumo changamano isiyo ya kawaida ya milinganyo tofauti ya mwendo wa viputo, wataalamu wa VNIIOS walikuwa wakitafuta suluhu isiyo ya mbele na ya kufanya kazi. Ujanja wao ulikusudiwa nini? Walifikiri jambo kama hili. Ni ngumu kuona wazi Bubbles za cavitation kwa sababu ya saizi yao ndogo na maisha mafupi sana. Hii inategemea mzunguko wa oscillations ambayo kusisimua cavitation. Ikiwa watafiti waliweza kupata cavitation, sema, kwa masafa ya 10-100 Hz, Bubbles, kulingana na mahesabu, zinaweza kuishi kwa sehemu ya kumi ya pili na kuwa hadi sentimita kwa ukubwa. Kisha tungeona shujaa wetu wa sinema kwa karibu sana.
Je, wazo hili rahisi halijawahi kutokea kwa mtu yeyote hapo awali? Bila shaka alikuja. Kulikuwa na majaribio mengi. Nakala iliyo na matokeo ya mwisho wao, ambayo ilifanywa na watafiti wa Amerika, ilikuwa kwenye meza ya mkuu wa sekta hiyo, M. A. Margulis. Na hakuna kitu cha kufariji juu yake. Mara nyingine tena, uthibitisho wa mtazamo wa kawaida umepokelewa: cavitation ni jambo la kizingiti, yaani, hutokea kuanzia mzunguko fulani, na mzunguko huu umehesabiwa, ole, katika kilohertz ... Na bado, kitu kililazimishwa. ni wazi majaribio ambayo hayakufanikiwa kutolewa tena. Hii ilisukumwa na hasira nzuri kwa tatizo lisiloweza kutatulika, na shauku ya utafiti, uvumilivu, na angavu.
Haikuwa vigumu kwa Wamarekani kutekeleza jaribio hilo. Mpango wake ulikuwa rahisi: fimbo ya oscillating hupunguzwa ndani ya chombo na kioevu, na spectrometer, ikiwa cavitation hutokea, inapaswa kujiandikisha mwanga. Kila kitu kilifanyika kama inavyopaswa - hakuna kitu kama cavitation. Tulijaribu kuongeza amplitude ya oscillations ya fimbo, akisema kuwa msisimko utakuwa mkali zaidi. Kipimo cha ultrasensitive kiko kimya. Kuungua na msukosuko katika kioevu huongezeka, lakini hakuna kunyoosha. Kioevu kinaonekana kuwa nyororo sana, ingawa kinazunguka, bado kinaweza kutiririka karibu na fimbo inayozunguka polepole. Lakini ni muhimu kwamba atambue mitetemo ya fimbo kana kwamba ni mapigo. Jinsi ya kufikia hili?
Ilitosha kuwatenga mtiririko karibu na fimbo ya oscillating, na cavitation ya chini-frequency iligunduliwa.
Jaribio jipya lilifanywa kwa vifaa ambavyo pengine vingepatikana hata katika darasa la fizikia la shule: bomba la majaribio, stendi, fimbo iliyochongwa kutoka kwa plexiglass, spika ya wati 25, amplifier ya zamani ya bomba... Ujanja wake pekee - fimbo ya oscillating kwa namna ya pistoni ilifanywa ili pengo na kuta za tube ya mtihani ilikuwa sehemu ya kumi tu ya millimeter. Wakati huo huo, kioevu haikuweza tena kutiririka karibu na fimbo kwa urahisi kama hapo awali.
Jenereta ya sauti imewashwa kwa mzunguko wa 90 Hz. M. A. Margulis anasema kuhusu kile kilichofuata:
Hatukugundua chochote maalum kwa dakika moja. Kisha, katika eneo ndogo karibu na ukuta wa tube ya mtihani iliyojaa kioevu, Bubbles ndogo za spherical zilionekana chini ya pistoni ya oscillating. Idadi yao iliongezeka haraka. Walitengeneza tone kubwa lililofanana na hedgehog. Nguruwe huyu alikuwa anadunda kwa kasi. Walianza hatua kwa hatua kuongeza mzunguko. Kwa 200 Hz na ya juu, iliwezekana kuunda hedgehogs mbili au hata zaidi za ajabu. Walizaliwa katika sehemu tofauti za bomba la majaribio. Mara kwa mara walikimbilia kuelekea kila mmoja, kuunganishwa na kisha kuruka mbali na kishindo. Ilionekana mara moja kuwa hedgehogs haionekani kama miunganisho - nguzo za Bubbles za kupumua, lakini ni Bubbles kubwa, zenye umbo la ajabu ...
Lakini sio kila kitu kilikamatwa kwa macho. Wanasayansi walitumia zana yao ya kawaida - upigaji picha wa kasi. Tulicheza video iliyopigwa, lakini ... hatukupata hedgehogs yoyote. Umaarufu, michakato minene, mikunjo iliyopinda kwa ustadi, ambayo ilionekana kuwa inatoka kwenye mwili wa Bubble kubwa, haikufanana kabisa na sindano za mkaaji mzuri wa msitu. Na wanasayansi walimpa kiumbe hiki kisicho cha kawaida jina la prosaic zaidi - Bubble kubwa iliyoharibika (BDP iliyofupishwa). Kwenye skrini iliwezekana kuona jinsi viputo vidogo vya uwazi vyenye uwazi vilivyokuwa vikitengana na BDP na kisha kurudi nyuma.
Ilikuwa ni nini? Cavitation, kuzalisha joto la digrii elfu na shinikizo kubwa? Au, labda, jambo jipya lilizingatiwa kwa mara ya kwanza? Kuangalia, kama tunavyojua tayari, kuna vipimo maalum, aina ya vipimo vya litmus vinavyoonyesha cavitation - athari za sauti-kemikali na mwanga wa vinywaji.
Kuvunja vikwazo
Katika jaribio la kwanza la jaribio, sauti ya masafa ya chini ilisababisha kwa urahisi athari ya msururu wa kubadilisha asidi ya kiume kuwa asidi ya fumaric. Mashaka bado yalibaki - ingawa mwitikio huu unachukuliwa kuwa changamano na usio na maana miongoni mwa wanakemia, inahitaji nishati kidogo kuanzisha. Lakini wakati katika bomba la mtihani wa maabara chuma cha divalent kiligeuka kuwa trivalent, wakati molekuli za maji zilianza kugawanyika ndani yake, kama karanga chini ya nyundo, hakuwezi kuwa na maoni mawili tena - cavitation halisi ilisisimka. Mwanzoni, watafiti wenyewe walikuwa na wakati mgumu kuamini matokeo yao wenyewe. Walakini, ukaguzi wa mara kwa mara ulithibitisha kuwa athari za sauti-kemikali zinaweza kufanywa tayari kwa masafa ya sauti ya 7 Hz, na suluhisho zingine zilianza kung'aa kwa 30 Hz.
Tunazungumza juu ya ugunduzi ambao unaweza kuitwa moto. Utafiti juu ya cavitation ya chini-frequency imeanza tu.
Walakini, kutoka siku za kwanza huleta matokeo ya kupendeza. Kwa mfano, mara tu wanasayansi walipoona BDP kwa macho yao wenyewe na kuwa na hakika kwamba walikasirika, moja ya nadharia zenye mamlaka zaidi za cavitation zilianguka. Iliaminika kuwa mashtaka ya kinyume yanatokea juu ya uso wa Bubble ya cavitation inayojitokeza. Kwa wakati fulani, kuvunjika kwa umeme hutokea. Kwa hivyo kutolewa kwa nishati kubwa, mwanga, na uanzishaji wa athari ngumu zaidi za kemikali. Hali pekee ya kozi kama hiyo ya mambo ni kwamba Bubble ya cavitation lazima iwe ... sura sahihi ya umbo la lensi. Kwenye skrini, kama tunavyojua, watafiti waliona aina fulani ya mmea wenye umbo la ajabu.
"Nimeipata" sio tu kwa nadharia ya umeme, lakini pia kwa mwingine - nadharia ya joto ya cavitation. Ilisoma: katika mchakato wa ukandamizaji wa haraka na kuanguka kwa Bubble ya cavitation, mchanganyiko wa gesi ya mvuke huwashwa kwa joto la maelfu ya digrii. Wakati huo huo, kwa kawaida huanza kung'aa kama nyuzi za balbu ya kawaida, na joto la plasma hugawanya molekuli na kuanzisha athari za kemikali za kushangaza zaidi. Hata hivyo, sasa, kama matokeo ya utafiti makini, imeanzishwa: sonoluminescence ni mwanga wa baridi sawa na ule wa vimulimuli wanaoruka usiku.
Karibu kila jaribio jipya lilionyesha cavitation inayojulikana sasa kutoka kwa pembe isiyotarajiwa na kufichua uwezo wake wa ajabu. Hebu sema nguvu ya uharibifu ya cavitation ya juu-frequency ilikuwa inajulikana. Inaweza kugeuza uso laini wa metali kuwa mbaya kwa dakika chache, na kuondoa chembe kubwa kabisa. Cavitation ya chini-frequency, kinyume chake, iligeuka kuwa silaha ya hila na yenye maridadi. Haikuwa vigumu kwake kulainisha na kung'arisha uso uliochafuka zaidi, na kuchomoa chembe ndogo tu za chuma.
Cavitation ya chini-frequency kwa urahisi na kwa haraka emulsions iliyoandaliwa kutoka kwa vinywaji ambavyo havikukubalika chini ya hali ya kawaida, granules zilizopigwa zilizowekwa kwenye kioevu, ilizindua athari za kemikali za nishati zaidi ... Bila shaka, ultrasonic, high-frequency cavitation inaweza kufanya yote haya. Lakini ili kuunda, kama unavyojua, unahitaji vifaa maalum, jenereta. Sasa unganisha chanzo cha oscillation kwenye mtandao unaowezesha redio yako ya nyumbani, na uwezo wote muhimu wa cavitation uko kwenye huduma yako. Hebu sema unahitaji kuchanganya vitu kwa uangalifu mkubwa na kasi katika reactor ya kemikali yenye uwezo wa mizinga kadhaa ya reli. Kazi hii ni ya kawaida zaidi, ya kawaida kwa tasnia ya kemikali, dawa, na kibaolojia. Suluhisho la kitamaduni: kichanganyaji ni kitu kama propela au bisibisi, kilichotengenezwa kwa aloi za gharama kubwa zaidi zinazostahimili kemikali. Au unaweza kusakinisha chanzo rahisi cha oscillation kwenye mtambo na kuichomeka kwenye kituo cha kawaida cha mtandao - athari, kama mahesabu yanavyoonyesha, itakuwa bora zaidi.
Haiwezekani kwamba mtu yeyote leo ataweza kutabiri matumizi mbalimbali ya vitendo ya ugunduzi wa "pili" wa cavitation. Kwa sasa, inafungua tu njia ya uelewa wa kina wa jambo hili la kuvutia na kupindua vikwazo ambavyo vimesimama kwa njia ya watafiti kwa miongo mingi. Kuelewa utaratibu wa kweli wa cavitation, jinsi na wapi nguvu zake za ajabu zinatokea, bado zinakuja. Na nyuma yake, kama kawaida hufanyika katika sayansi, kuna fursa mpya kwa mhandisi, mbuni, mwanateknolojia, ambayo leo haiwezekani kutabiri.
L. GALAMAGA, mhandisi-fizikia
Michoro na A. MATROSOV
Maudhui ya makala
CAVITATION, malezi ya Bubbles gesi katika kioevu. Neno hilo lilianzishwa ca. 1894 na mhandisi wa Uingereza R. Froude. Ikiwa shinikizo katika hatua yoyote ya kioevu inakuwa sawa na shinikizo la mvuke iliyojaa ya kioevu hiki, basi kioevu katika hatua hiyo hupuka na Bubble ya mvuke huundwa. Mfano ni maji yanayochemka. Wakati maji yanapokanzwa, shinikizo la mvuke wake ulijaa huongezeka. Wakati kiwango cha kuchemsha kinapofikia, shinikizo la mvuke inakuwa sawa na shinikizo la mazingira na Bubbles za mvuke huonekana ndani ya maji.
Bubbles za mvuke huunda kwa urahisi zaidi katika vimiminiko kwa shinikizo lililopunguzwa. Wakati shinikizo la mazingira linakuwa kubwa kuliko shinikizo la mvuke iliyojaa ya kioevu, Bubble ya cavitation huanguka kwa nguvu. Kuanguka kwa Bubbles vile husababisha kelele, husababisha vibration na uharibifu wa miundo, na huathiri vibaya uendeshaji wa mashine na taratibu zinazohusiana. Kupungua kwa ndani kwa shinikizo katika kioevu hutokea kwa harakati ya haraka ya jamaa ya mwili na kioevu.
Sheria ya Bernoulli.
Kulingana na sheria ya Bernoulli, katika giligili isiyo na msuguano nishati ni mara kwa mara kwenye mkondo. Hii inaweza kuonyeshwa kwa usawa
Wapi uk- shinikizo, r- msongamano, na v- kasi. Maandishi 0, 1 na 2 yanarejelea pointi zozote tatu kwenye upatanisho fulani.
Kutoka kwa usawa huu inafuata kwamba kasi inapoongezeka, shinikizo la ndani hupungua (sawa na mraba wa kasi). Chembe yoyote ya kioevu inayotembea kwenye mkondo uliopindika, kwa mfano, kufunika wasifu (Mchoro 1), huharakishwa na hupitia kupungua kwa shinikizo la ndani. Ikiwa shinikizo linashuka kwa shinikizo la mvuke iliyojaa, cavitation hutokea. Huu ni utaratibu nyuma ya uzushi wa cavitation kwenye hydrofoils, propellers, vile turbine na vile pampu.
Katika kesi ya kioevu inapita kupitia bomba, kwa mujibu wa sheria ya uhifadhi wa molekuli (equation ya kuendelea), kasi ya kioevu huongezeka mahali ambapo bomba hupungua, ambapo cavitation pia inawezekana.
Mgawo wa cavitation.
Jambo la cavitation ni sawa kwa mtiririko unaozunguka mwili uliosimama na kwa kati ambayo mwili unasonga. Katika visa vyote viwili, kasi ya jamaa tu na shinikizo kamili ni muhimu. Uhusiano kati ya shinikizo na kasi ambayo cavitation hutokea hutolewa na kigezo kisicho na kipimo s, ambayo inaitwa mgawo wa cavitation (nambari ya cavitation) na imedhamiriwa na usemi
Wapi p v- shinikizo la mvuke ulijaa wa kioevu kwa joto fulani.
Aina za cavitation.
Katika Mtini. Mchoro wa 2 unaonyesha cavitation kwenye hydrofoil isiyobadilika, iliyorekodiwa kwenye bomba la kasi ya juu la hydrodynamic. Kwa kasi fulani ya mtiririko wa maji, shinikizo la ndani kwenye uso wa mrengo hupungua kwa shinikizo la mvuke wa maji. Cavitation cavities kuonekana juu ya uso wa mrengo. Bubbles kukua, kusonga katika mwelekeo wa mtiririko. (Kwa sababu Bubbles huunda karibu na uso wa mrengo, zina sura ya hemispherical.) Aina hii ya cavitation inaitwa unsteady (runaway) Bubble cavitation. Ikiwa kuna protrusion yoyote juu ya uso, basi Bubbles huzingatia juu yake. Cavitation ya stationary vile pia inavyoonyeshwa kwenye Mtini. 2.
Cavitation inaweza kutokea katika ukanda wa vortices kwamba fomu katika maeneo ya kuongezeka shear na shinikizo la chini. Vortex cavitation mara nyingi huzingatiwa kwenye makali ya kuongoza ya hydrofoils, kwenye kando ya kuongoza ya vile, na nyuma ya kitovu cha propeller. Inawezekana kwamba aina tofauti za cavitation zinaweza kutokea wakati huo huo. Katika Mtini. Mchoro wa 3 unaonyesha propela ya baharini iliyo na kingo za vortex kwenye kingo za mbele za vile, mashimo ya mashimo yaliyosimama kwenye uso wa vile na upitishaji wa vortex nyuma ya kitovu. Cavitation katika kioevu inayosababishwa na wimbi la sauti inaitwa acoustic.
Cavitation na teknolojia.
Kasi ya mtiririko kawaida hupungua sana kwenye ukingo wa nyuma wa wasifu. Hapa shinikizo inakuwa kubwa kuliko shinikizo la mvuke. Mara tu hali zinazofaa kwa cavitation zinapotea, Bubbles huanguka mara moja. Nishati inayotolewa wakati Bubble inaanguka ni muhimu sana.
Mmomonyoko.
Nishati kubwa iliyosambazwa wakati wa kuanguka kwa Bubbles za cavitation inaweza kusababisha uharibifu wa nyuso za miundo ya chini ya maji, propellers, turbines, pampu na hata vipengele vya reactor ya nyuklia. Kiwango cha jambo hili, kinachoitwa mmomonyoko wa majimaji, kinaweza kutofautiana kutoka kwa mmomonyoko wa uso baada ya miaka mingi ya operesheni hadi kushindwa kwa janga la miundo mikubwa.
Mtetemo.
Cavitation kwenye propela inaweza kusababisha mabadiliko ya mara kwa mara katika shinikizo inayofanya kazi kwenye sehemu ya meli na mitambo ya nguvu. Mtetemo wa cavitation wa meli huunda hali zisizofurahi kwa abiria na wafanyakazi.
Ufanisi na kasi.
Cavitation inaweza kuongeza kwa kiasi kikubwa upinzani wa hydrodynamic, na kusababisha kupungua kwa ufanisi wa vifaa vya hydraulic. Cavitation ya propela kupita kiasi inaweza kupunguza msukumo wa propela na kupunguza kasi ya juu ya chombo; Cavitation pia inaweza kusababisha kupungua kwa utendaji wa turbine au pampu na hata kushindwa kwa uendeshaji wake.
Kelele.
Baadhi ya nishati iliyotolewa wakati wa kuanguka kwa Bubbles cavitation inabadilishwa kuwa mawimbi ya sauti. Kelele kama hiyo haifai sana kwenye vyombo vya majini, kwani huongeza uwezekano wa kugundua.
Kwa ujumla, cavitation haifai (katika matumizi ya baharini na turbopump). Lakini katika baadhi ya matukio husababishwa kwa makusudi. Mfano ni mfuatiliaji wa majimaji ya cavitation. Nishati kubwa iliyotolewa wakati wa kuanguka kwa Bubbles cavitation katika ndege ya maji hutumiwa kwa kuchimba visima (kutokana na mmomonyoko) wa miamba na kwa matibabu ya uso.