Гражданско инженерство

Разбиране на кавитацията: Малки разрушителни подводни имплозии

Разбиране на кавитацията: Малки разрушителни подводни имплозии

Всеки път, когато карате лодка, включвате помпа или евентуално дори стартирате кранчето, се получават малки и разрушителни подводни експлозии. Тези експлозии са бързо генерирани парни мехурчета, причинени от вряща вода, в процес, наречен кавитация.

Основите на кавитацията

Основите на кавитацията се основават на принципа на Бернули. В него се посочва, че налягането на течността намалява с увеличаване на скоростта и обратно. В комбинация с тази идея трябва да помним, че точката на кипене на водата се променя в зависимост от налягането, което е под нея. Ето защо тенджерите под налягане правят готвенето по-ефективно. След като разберем тази концепция, е по-лесно да разберем защо се случва кавитация.

Независимо дали го знаете или не, вероятно сте виждали кавитация. Тези мехурчета, които изплуват на повърхността зад движещи се лодки, всъщност са следи от кавитация. Когато витлото се върти бързо на лодка, движението увеличава локализираната скорост на водата около нея. Това създава зона с ниско налягане от задната страна на витлото.

СВЪРЗАНИ: КАК РАБОТЯТ УСТАНОВКИ ЗА ПРЕЧИСТВАНЕ НА ВОДА?

Това ниско налягане води до кипене на водата при околната температура на течността, така че поради кипенето се създават малки мехурчета пара. След това тези мехурчета на парата имплодират поради околното налягане на водата, след което се образуват отново поради енергията, пренесена от имплозията. Този принцип може да се види в следващия GIF на куршум, влизащ във водата.

Инженерни имплозии

За морските инженери кавитацията отчаяно се избягва. Експлозиите - особено подводните експлозии с пара - са хипнотизиращи за наблюдателите, но за витлото те са невероятно разрушителни. Когато кавитацията се случи на или близо до витлото на лодка - или дори вътре в тръби и помпи - процесът отчупва повърхностния слой на метала.

Чувства се неинтуитивно да си представяме малки имплозии във вода, които увреждат и разрушават метала, но с умствено разбиране на относителната енергия на имплозията и относителната вреда, която причинява - всичко започва да си идва на мястото. Когато кавитираните мехурчета имплодират близо до метала, това причинява високочестотни вибрации на повърхността на метала, които се отчупват на повърхността. В крайна сметка, след последователна кавитация, цели слоеве и участъци от метала се разделят, което води до катастрофална повреда.

Съвременните инженери обаче смекчават кавитацията чрез иновативен дизайн на витлото. Всъщност следващото видео за USS Pennsylvania - американска подводница - е идеален пример:

Къде се случва кавитация?

Кавитацията се случва навсякъде, където водата претърпява бърза промяна в скоростта, причинявайки значителни дългосрочни щети. Това скъсява продължителността на живота на работните помпи, което прави техния дизайн сложно предложение. Ако налягането на течността на входа е по-ниско от налягането на парите, тъй като водата се засмуква в помпите, тогава добавената енергия от работното колело може да започне кавитация. След това тази кавитация продължава във флуида около работното колело, значително увреждайки вътрешната механика.

СВЪРЗАНИ: ОБЯСНЕНО ПРЕЧИСТВАНЕ НА ВОДА

Кавитация се случва в тръби и клапани. Ако включим кран или отворим клапан твърде бързо, може да се случи кавитация в преходната зона на медииращата течност. Това ще повреди тръбата или клапана с течение на времето, създавайки възможност за евентуален катастрофален отказ.

Кавитацията е само един пример за изключително мощните и разрушителни ефекти на физиката около нас. За тези, които не са наясно, това е голяма невидима опасност за инженерите по целия свят.


Гледай видеото: Процедури за оформяне на тяло в Център по халотерапия Биохелт. Body shaping (Юни 2021).