Jedes Mal, wenn Sie ein Boot fahren, eine Pumpe einschalten oder möglicherweise sogar Ihren Wasserhahn starten, treten winzige und zerstörerische Unterwasserexplosionen auf. Diese Explosionen sind schnell erzeugte Dampfblasen, die durch kochendes Wasser in einem als Kavitation bezeichneten Prozess verursacht werden.
Grundlagen der Kavitation
Die Grundlagen der Kavitation basieren auf dem Bernoulli-Prinzip. Es besagt, dass der Druck einer Flüssigkeit mit zunehmender Geschwindigkeit abnimmt und umgekehrt. In Kombination mit dieser Idee müssen wir uns daran erinnern, dass sich der Siedepunkt von Wasser basierend auf dem ändertDruck, unter dem es steht. Deshalb machen Schnellkochtöpfe das Kochen effizienter. Sobald wir dieses Konzept verstanden haben, ist es leichter zu erkennen, warum Kavitation auftritt.
Ob Sie es wissen oder nicht, Sie haben wahrscheinlich Kavitation gesehen. Diese Blasen, die hinter sich bewegenden Booten an die Oberfläche schweben, sind tatsächlich Spuren von Kavitation. Wenn sich ein Propeller schnell auf a dreht Boot Die Bewegung erhöht die lokalisierte Geschwindigkeit des Wassers um ihn herum. Dadurch entsteht eine Niederdruckzone auf der hinteren Seite des Propellers.
VERBINDUNG: WIE FUNKTIONIEREN WASSERAUFBEREITUNGSANLAGEN?
Dieser niedrige Druck bewirkt, dass das Wasser bei Umgebungstemperaturen der Flüssigkeit kocht, so dass beim Kochen kleine Dampfblasen entstehen. Diese Dampfblasen implodieren dann aufgrund des Umgebungsdrucks des Wassers und bilden sich dann aufgrund der übertragenen Energie wiederDieses Prinzip ist im folgenden GIF einer ins Wasser eindringenden Kugel zu sehen.
Technische Implosionen
Für Schiffsingenieure wird Kavitation dringend vermieden. Explosionen - insbesondere Unterwasserdampfexplosionen - sind für Beobachter faszinierend, aber für einen Propeller sind sie unglaublich zerstörerisch. Wenn Kavitation auf oder in der Nähe des Propellers eines Bootes oder sogar in Rohren auftrittund Pumpen - der Prozess splittert an der Oberflächenschicht des Metalls ab.
Es fühlt sich nicht intuitiv an, sich das vorzustellen kleine Implosionen in Wasser, das Metall schädigt und zerstört, aber mit einem mentalen Verständnis der relativen Energie der Implosion und des relativen Schadens, den es verursacht - alles beginnt an Ort und Stelle zu fallen. Wenn kavitierte Blasen in der Nähe von Metall implodieren, verursacht es hochfrequente Vibrationendie Oberfläche des Metalls, die an der Oberfläche abplatzt. Nach gleichmäßiger Kavitation trennen sich schließlich ganze Schichten und Abschnitte des Metalls, was zu einem katastrophalen Versagen führt.
Moderne Ingenieure mildern jedoch die Kavitation durch innovatives Propellerdesign. Das folgende Video über die USS Pennsylvania - ein amerikanisches U-Boot - ist ein perfektes Beispiel :
Wo tritt Kavitation auf?
Kavitation tritt überall dort auf, wo Wasser eine schnelle Geschwindigkeitsänderung erfährt, was zu erheblichen Langzeitschäden führt. Dies verkürzt die Lebensdauer von Laufradpumpen, was ihre Konstruktion schwierig macht. Wenn der Flüssigkeitsdruck am Einlass niedriger als der Dampfdruck istWasser wird in die Pumpen gesaugt, dann kann zusätzliche Energie aus dem Laufrad Kavitation auslösen. Diese Kavitation setzt sich dann in der Flüssigkeit um das Laufrad fort und beschädigt die interne Mechanik erheblich.
VERBINDUNG: ERKLÄRTE WASSERAUFBEREITUNG
Kavitation tritt in Rohren und Ventilen auf. Wenn wir einen Wasserhahn einschalten oder ein Ventil zu schnell öffnen, kann Kavitation im Übergangsbereich der Vermittlungsflüssigkeit auftreten. Dies kann das Rohr oder Ventil im Laufe der Zeit beschädigen und die Möglichkeit einer möglichen Katastrophe schaffenFehler.
Kavitation ist nur ein Beispiel für die extrem starken und zerstörerischen Auswirkungen der Physik um uns herum. Für diejenigen, die es nicht wissen, ist es eine große unsichtbare Gefahr für Ingenieure auf der ganzen Welt.