حفره‌زایی

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
(تغییرمسیر از کاویتاسیون)
پرش به: ناوبری، جستجو
پروانهٔ حفره‌زا در آزمایشگاه تونل آب حوضچهٔ مدل دیوید تیلور.

حُفره‌زایی (نام‌های دیگر: حباب‌زایی، خوردگی حبابی، کاویتاسیون، حفره‌سازی، خلاءزایی) (به انگلیسی: cavitation) پدیده‌ای است که در آن کاهش فشار باعث تبخیر موضعی مایع و ایجاد حباب‌هایی شود. این پدیده در پروانهٔ کشتی‌ها، اژدرها و پمپ‌های سانتریفیوژ و سرریز سدها رخ می‌دهد.

در این پدیده که معمولاً در مایعات با حرکت متلاطم به دلیل اختلاف فشار در مایع رخ می‌هد، فشار موضعی کم‌تر از فشار بخار مایع می‌شود. این امر باعث می‌شود تا مثلاً آب که در شرایط متعارف در ۱۰۰ درجه سانتیگراد شکل گازی پیدا می‌کند در دماهایی پایین‌تر زودتر به صورت گاز درآید.

حباب‌های گازی ایجاد شده زمانی که دوباره به منطقه پرفشارتر وارد می‌شوند معمولاً منفجر می‌شوند. این ترکیدن حباب‌ها شوکی موج‌مانند ایجاد می‌کند که صدادار است و می‌تواند از طریق خوردگی حبابی به پروانه‌های کشتی آسیب برساند. هر نوع کشتی و هر نوع پروانه صدای حفره‌زایی ویژهٔ خود را تولید می‌کند و این باعث می‌شود تا خدمه زیردریایی‌ها بتوانند نوع کشتی‌های پیرامون خود را شناسایی کنند.

حفره‌زایی انواع گوناگونی دارد:[۱]

گونه‌های حفره‌زایی
  1. حفره‌زایی حبابی
  2. حفره‌زایی پره
  3. حفره‌زایی بُن پروانه
  4. حفره‌زایی ابری
  5. حفره‌زایی محفظهٔ پروانه
  6. حفره‌زایی نوک گردابه
  7. حفره‌زایی میانهٔ گردابه
Cavitation.svg
توزیع فشار در پیرامون پرهٔ پروانه کشتی
Propeller blade surface pressure distribution.svg
  1. سطح مکش
  2. سطح فشار
  3. لبهٔ جلو
  4. زاویهٔ
    شارش

p: فشار هیدرواستاتیک
pu: فشار منفی
po: فشار مثبت
pv: فشار تبخیر
Vac. : خلاء


حفره‌زایی همچنین یکی از دلایل اولیه لرزش در پمپ‌های سانتریفوژ است. تولید حباب در پروانه پمپ وقتی رخ می‌دهد 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 می‌یابد. 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 درمی‌آید. این حبابها در برخورد با پروانه‌های پمپ ترکیده و نه تنها باعث لرزش پمپ می‌شوند بلکه آسیبهای جدی از جمله خوردگی زیاد در لبه پروانه‌ها و بدنه ایجاد می‌کنند که به مرور زمان باعث کاهش راندمان پمپ می‌گردد. وجود مانع در مسیر مکش، وجود زانویی در فاصله نزدیک ورودی پمپ و یا شرایط غیرعادی بهره‌برداری از عوامل این مساله هستند.[۲]

عمدتاً پدیده کاویتاسیون در سرریز سدها در سرعتهای بالا رخ می‌دهد گاهی در یک سیستم هیدرولیکی به علت بالا رفتن سرعت فشار منطقه‌ای کاسته شده و به حدی برسد که با فشار سیال در آن شرایط برابر شود، و یا در طول سرریز به دلیل ناصافی‌ها 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 بالافاصله به جوشش درآمده و حباب‌هایی بوجود می‌آید که سرریز یا کانال در اثر ترکیدن این حبابها دچار صدمه و آسیب می‌شود، بطور معمول در سرعت‌های تقریباً ۲۰ متر بر ثانیه و بیشتر احتمال ایجاد پدیده کاویتاسیون وجود دارد، ولی کنترل این پدیده در سرعت ۱۵ متربرتانیه انجام می‌شود.

تونل‌های حفره‌زایی[ویرایش]

در ایران، در دو دانشگاه تونل حفره‌زایی وجود دارد:

حفره زایی اولتراسونیک[ویرایش]

یکی از روش‌هایی که به طور گسترده برای تخریب سلول و همگن سازی استفاده می‌شود، استفاده از فراصوت است. هموژنایزر اولتراسونیک با ایجاد امواج شدید فشاری در یک محیط مایع، کار می‌کند. امواج فشاری باعث جریان در مایع شده و تحت شرایط مناسب موجب تشکیل سریع میکرو حباب می‌گردد که رشد و یکی شدن این حباب‌ها تا رسیدن به اندازه بیشینه و در نهایت ترکیدن آنها حرارت شدیدی ایجاد می‌نماید. به این پدیده کاویتاسیون گفته می‌شود. انفجار حباب‌ها تولید موج ضربه‌ای با انرژی کافی برای شکستن پیوند کووالانسی می‌کند. نیروی برشی حاصل از انفجار حباب و همچنین از جریان‌های اغتشاشی ناشی از ارتعاش صوتی برای همگن سازی و تخریب سلول استفاده می‌شود. این فرایند می‌تواند به پاشش مایع با سرعتی در حدود ۴۲۰ کیلومتر در ساعت، ایجاد فشاری معادل ۲۰۰ بار و یا دمای بالای نقطه‌ای ۴۵۰۰ درجه سانتیگرادی در آن شود.[۵]

جستارهای مرتبط[ویرایش]

منابع[ویرایش]

  • Kuiper, G. (1994): Resistance and Propulsion of Ships, Technical University Delft

منابع برای مطالعه بیشتر[ویرایش]