Кавитация

Кавитация — это образование и последующий быстрый коллапс паровых пузырьков в жидкости, возникающий при снижении давления ниже давления насыщенного пара при данной температуре. Кавитация часто возникает в гидродинамических системах, таких как насосы, турбины, винты судов и пропеллеры.

Условия возникновения кавитации

Давление жидкости падает до значения, при котором образуются паровые пузырьки.
Обычно происходит в областях с высоким градиентом скорости и падением давления (например, у крыльев лопаток насосов).

Механизм и фазы кавитации

Образование пузырьков: при низком давлении.
Перенос пузырьков в область высокого давления.
Резкий коллапс пузырьков: при достижении давления выше давления насыщенного пара.

Последствия кавитации

Гидравлический удар: сильный локальный выброс энергии при сжатии пузырьков.
Повреждения поверхностей: эрозия, кавитационные ямки на лопатках насосов и турбин.
Увеличение шума и вибраций.
Потеря эффективности гидродинамических машин.

Энергия и динамика коллапса пузырьков

Коллапс кавитационного пузырька происходит за крайне малое время, вызывая локальное повышение температуры и давления, что может приводить к микроскопическим взрывам.

Профилактика кавитации

Увеличение давления в системе.
Оптимизация конструкции лопаток и каналов.
Использование материалов, устойчивых к кавитационному износу.
Контроль скорости течения жидкости.

Кавитация и её связь с фазовыми переходами

Кавитация — это локальный фазовый переход жидкости в пар из-за падения давления, а коллапс пузырьков сопровождается обратным переходом пара в жидкость с выделением энергии.

Ключевые моменты

Кипение — фазовый переход жидкости в пар при достижении давления насыщенного пара.
Конденсация — обратный переход пара в жидкость, сопровождающийся выделением тепла.
Уравнение Клапейрона-Клаузиуса связывает давление и температуру при фазовом переходе.
Кавитация — образование и коллапс паровых пузырьков из-за локального падения давления.
Кавитация вызывает эрозию, шум и потерю эффективности в гидродинамических системах.
Управление процессами кипения, конденсации и кавитации имеет важное техническое значение.