کاویتاسیون چیست؟

در محیط الاستیک نظیر هوا یا اکثر جامدات، در هنگام عبور موج یک انتقال پیوسته وجود دارد. در محیط غیر الاستیک مثل آب و اکثر مایعات، به شرطی که دامنه صوت نسبتاً کم باشد، انتقال پیوسته وجود دارد. با افزایش دامنه، مقدار فشار منفی به اندازه­ای می­ شود که می ­تواند در ناحیه انبساط از نیروهای بین مولکولی مایع بیشتر شده و در اثر جدایش در سطح مایع، باعث تشکیل میکرو حباب­ها شود که این پدیده را کاویتاسیون می­ گویند (شکل 1). محل تشکیل حفره ­های کاویتاسیون در محل انبساط مایع ناشی از فشار منفی موج صوتی است. به عبارت دیگر برای ایجاد حباب­ های کاویتاسیون باید موج فشاری با شدت بالا و دامنه کافی از مایع عبور کند تا در نیم سیکل انبساط موجب ایجاد شکاف در مایع و افت فشار به کمتر از مقدار تبخیر گردد. با عبور جبهه موج، حباب­ های کاویتاسیون تحت تاثیر فشار منقبض می­ شوند و دما و فشار آنها افزایش می­ یابد. در نهایت، انقباض شدید حباب ­های کاویتاسیون در نیم سیکل فشاری موجب ترکیدن آنها می­ شود که انرژی خود را به صورت امواج صوتی از محل­ های جمع­ شدگی بصورت موضعی و انفجاری آزاد می ­کنند.

جمع شدن و انفجار میلیون­ ها حباب  در یک مایع که بصورت التراسونیکی تحریک می­ شود، می تواند موجب ایجاد دمایی در حدود 5000 درجه کلوین و فشاری در حدود 1000 اتمسفر و سرعت میکروجت mph 250 در محل­ های انفجار حفره ­های کاویتاسیون گردد.

نقطه شروع شبیه جوشش است با این تفاوت که تشکیل بخار زودتر شروع می­ گردد. جوشش هنگامی که فشار موضعی بخار مایع به بالای فشار محیطی موضعی می­ رسد و انرژی کافی برای تبدیل شدن به گاز وجود داشته باشد، اتفاق می ­افتد؛ هنگامی که فشار موضعی به اندازه کافی از فشار بخار اشباع کاهش یافت، اتفاق می ­افتد. برای شروع  حباب­ های کاویتاسیون به سطحی برای جوانه ­زنی نیاز دارند. این سطوح توسط جداره مخزن، سطح قطعه­ کار، ناخالصی­ ها و میکرو حباب های موجود در داخل مایع تامین می­ گردد.