کاویتاسیون

آب یا هر مایع دیگر در هر درجه حرارتی- به ازاء یک فشار معین تبخیر میشود.به عنوان مثال: آب در فشار اتمسفر دریا- در 100 درجه سانتیگراد و در فشار 2/0 اتمسفر- در 20 درجه سانتیگراد تبخیر می گردد.

هرگاه در حین جریان مایع در داخل چرخ یک پمپ-فشار در نقطه ای از فشار تبخیر مایع در درجه حرارت مربوطه کمتر شود- حبابهای بخاری بوجود می آید که به همراه مایع به نقطه ای دیگر با فشار بالاتر حرکت می نمایند.اگر در محل جدید- فشار مایع به اندازه کافی زیاد باشد،حبابهای بخار در این محل تقطیر شده و در نتیجه ذراتی از مایع از مسیر اصلی خود منحرف شده و با سرعتهای فوق العاده زیاد به اطراف و از جمله پره ها برخورد می نمایند.

  در چنین مکانی ، بسته به شدت برخورد ، سطح پره ها خورده شده و متخلخل می گردد.« این پدیده را کاویتاسیون می نامند» .پدیده کاویتاسیون برای پمپ بسیار خطرناک بوده و ممکن است پس از زمانی کوتاه چرخ آن از بین برود.لذا باید از وجود چنین پدیده ای در پمپ جلوگیری گردد.
در پمپ های سانتریفوژ

در پمپ های سانتریفوژ ، به هنگام ورود مایع به داخل چرخ ، به علت افزایش سرعت،فشار به طور موضعی پایین می آید و در نقطه ای نزدیک به دهانه ورودی چرخ ، به حداقل خود می رسد.اگر در این نقطه ( نقطه فشار مینیمم) فشار مایع از فشار تبخیر مایع عبوری از پمپ بیشتر باشد ، مایع در طول حرکت خود در داخل چرخ همواره در یک فاز باقی مانده و پدیده کاویتاسیون بوجود نخواهد آمد.
کاویتاسیون ، همواره با صداهای منقطع شروع می شود و سپس در صورت ادامه کاهش فشار در دهانه ورودی پمپ ،به شدت این صداها افزوده می گردد.صدای کاویتاسیون مخصوص و مشخص بوده و شبیه به برخورد گلوله هایی به یک سطح فلزی است. همزمان با تولید این صدا پمپ نیز به ارتعاش در می آید. در انتها این صداهای منقطع تبدیل به صدایی شدید و دایم می گردد و در همین حال نیز دبی ماشین به شدت کاهش می یابد و یا قطع می شود. به هنگام بروز پدیده کاویتاسیون ،راندمان پمپ نیز کاهش می یابد. خوردگیهای شدید فلز توسط کاویتاسیون ، در محل به وجود آمدن حبابهای بخار نیست، بلکه هنگامی که این حبابها همراه با جریان به نزدیک محل خروج از چرخ برسند ،در اثر افزایش فشار به یکباره و به شدت تقطیر می شوند. تقطیر ناگهانی حبابهای بخار موجب کوچک شدن ناگهانی فضای اشغالی توسط بخار می گردد. در این حالت ذراتی از مایع که در همسایگی این ابر بخار قرار گرفته اند ،مجبور به پر کردن این فضای خالی خواهند شد.این ذرات، در اثر اختلاف فشار زیاد ،سرعتهای فوق العاده بالا ( تا چندین ده متر  بر ثانیه ) پیدا می کنند. برخورد ذراتی با چنین سرعت و فرکانس بالا (بین 20000 تا 25000 هرتز)،  بطور مداوم به سطح چرخ ، سبب کندگی فلز و از بین رفتن آن می گردد.
در پمپ هایی که در آنها سرعت دورانی یا دبی تولیدی Q  یا درجه حرارت بالا باشد (مانند پمپ های تغذیه دیگ بخار ) ، پدیده کاویتاسیون حتی در یک زمان کوتاه می تواند ضایعات شدیدی را موجب شود.
فلزات مختلف در مقابل کاویتاسیون مقاومتهای گوناگونی از خود نشان می دهدو بطور کلی تا به امروز هیچ گونه فلزی یافت نشده که بتواند در مقابل کاویتاسیون به طور کامل مقاومت کند.باید توجه داشت که خوردگی مکانیکی بر اثر کاویتاسیون با خوردگی بر اثر واکنشهای شیمیایی یا الکترو شیمیایی متفاوت میباشد.مقاومت فلزات در مقابل کاویتاسیون بستگی به پارامترهای مختلفی از لحاظ نحوه ساخت و تولید فلز ، سطح فلز، آلیاژهای به کار رفته ، یک نواخت بودن فلز در موقع ریخته گری یا عملیات حرارتی و سرانجام درجه مقاومت فلز در مقابل خستگی دابرای تعیین میزان حساسیت یک سیستم به کاویتاسیون  از یک کمیت بی بعد  به نام پارمتر کاویتاسیون استفاده می شود که به صورت زیر تعریف شده است :
(P-PV)/(ρ.V̂2/2)
P فشار مطلق در نقطه مورد نظر ، PV فشار بخار مایع  ، ρ دانسیته مایع و V سرعت غیر مغشوش مایع یا سرعت مرجع است . پارامتر کاویتاسیون صورتی از ضریب فشار است . در دو سیستم که تشابه هندسی دارند ،  اگر مقدار  σ یکسان باشد ، احتمال وقوع کاویتاسیون یکسان خواهد بود . اصطلاحاً گفته می شود که درجه کاویتاسیون  دو سیستم یکسان  است. وقتی0= σ باشد ، فشار مایع به فشار بخار رسیده است و کاویتاسیون  رخ می دهد .
ازمایش ها  حاکی از آن است که   مایعات خالص از لحاظ شیمیایی  یا اصطلاحاً مایعات تکفاز  تنشهای کششی زیادی را تحمل می کنند که برحسب مگا پاسکال سنجیده می شوند . این امر با معنی تشکیل حباب در هنگام کاهش فشار تا فشار بخار  متناقض است . مایعات صنعتی  هنگامی که فشارشان به فشار بخار می رسد ، خود بخود می جوشند . از این رو عموم محققان پذیرفته اند که باید هسته هایی وجود داشته باشد که حباب ها در اطراف آنها تشکیل شوند و رشد کنند . ماهیت هسته ها بطور کامل شناخته نشده است  اما ممکن است ذرات غبار میکروسکوپی باشند که در مایعات صنعتی بطور گسترده ای پراکنده اند .
حبابهای بخار روی هسته ها تشکیل می شوند و رشد می کنند ، آنگاه حرکت می نمایند وبه ناحیه  پرفشار تر  منتقل و می ترکند . در توربو ماشین ها تمام این اعمال در چند هزارم ثانیه رخ می دهد . درآب هوا دار از حبابها در حین حرکات نوسانی متعدد  عکسبرداری شده است ، اما بنظر نمی رسد که این پدیده در مایعات فاقد هوا رخ دهد . بنظر می آید که کشش سطحی حبابهای بخار خاصیت مهمی است که ضربانهای پرفشار ناشی از ترکیدن آنها را توجیه می کند . آزمایشهایی که بر روی نمونه های فتو الاستیک  در معرض کاویتاسیون انجام شده است ، حاکی از ایجاد فشار هایی در حدود  جیگا پاسکال است  . با توجه به صدمات مکانیکی که در اثر کاویتاسیون  مشاهده شده است بنظر می آید که  چنین فشار های بالایی مفهومی ومنطقی است .

منبع: مکانیک سیالات  ویکتور استریتروبنجامین وایلی ترجمه استاد علیرضا انتظاری