kavitace je fyzikální proces, ke kterému dochází, když se kapalina v důsledku poklesu tlaku přemění na plynné skupenství na hodnotu, při které se atomy a molekuly začnou pohybovat takovou rychlostí, že se mezi nimi vytvoří bublinky páry. Pro vznik kavitace jsou však nutné speciální podmínky a ne každá kapalina může mít takové vlastnosti.
Obvykle se kavitace vyskytuje v oblastech se zvýšenou rychlostí tekutiny nebo v místech, kde tlak prudce klesá – například kolem ostrých hran nebo v otvorech vytvořených pro umožnění proudění vzduchu. Vystavení kapaliny vibracím, rázovým zatížením nebo změnám geometrických parametrů může také stimulovat výskyt kavitačních jevů.
Pochopení principů, na kterých kavitace vzniká, umožňuje řídit tento proces a aplikovat jej v různých oblastech. Například kavitace se používá při stavbě lodí k čištění trupu lodi od řas a jiného hmyzu, stejně jako v lékařství k ničení ledvinových kamenů.
Co je kavitace a jak k ní dochází?
Kavitace může nastat za různých podmínek, ale nejčastěji je pozorována, když se tekutina pohybuje kolem těla nebo existuje tlakový rozdíl. Tvrdí se, že pro vznik kavitace je nutné dosáhnout kritické rychlosti, při které se tlak v kapalině sníží tak, že se tvoří bubliny.
Kavitační bubliny se mohou tvořit v jakémkoli kapalném médiu, ale nejčastěji se vyskytují ve vodě nebo jiných vysoce viskózních kapalinách. Kavitace se může projevit jako malé bublinky nebo velké dutiny v kapalině. Kolaps bublin je doprovázen vysokými rychlostmi a tlaky, které mohou vést k poškození okolních materiálů.
Kavitace může mít pozitivní i negativní účinky. Mezi pozitivní efekty patří využití kavitace v průmyslu k čištění povrchů nebo výrobě energie. Negativní důsledky kavitace však mohou být katastrofální, protože kolaps bublin uvolňuje velké množství energie, což může vést k poškození nebo zničení systému.
Kavitace je tedy složitý fyzikální jev, který se vyskytuje v kapalinách nebo plynech při vysokých rychlostech průtoku. Je spojena s tvorbou bublin nebo dutin v médiu a může mít pozitivní i negativní důsledky.
Princip činnosti kavitace
Tvorba bublin
Zpočátku kapalina obsahuje drobné defekty nebo mikroskopické bublinky plynu. S dalším zvýšením rychlosti proudění a snížením tlaku se tyto bubliny začnou roztahovat a naplňovat plynem a tvoří kavitační bubliny. Dosahují velkých rozměrů a existují jen krátkou dobu.
Zhroucení bubliny
Když kavitační bubliny dosáhnou kritické velikosti, zhroutí se pod vlivem okolního tlaku. V tomto případě dochází k řadě silných pulzních vln doprovázených generováním vysokých teplot a tlaků. Tento proces se nazývá kavitační kolaps.
V důsledku kavitačního kolapsu bublin v okolní kapalině vznikají rázové vlny a různé fyzikální jevy, jako jsou mikroproudy a mikroimpakty. Tyto efekty mají silný dopad na povrchy těles působících jako zdroj kavitace.
Principem kavitace je využití energie uvolněné při kolapsu kavitačních bublin k plnění různých úkolů. Kavitační jevy mají uplatnění v různých oblastech, jako jsou čerpací systémy, lodní a průmyslové motory, stejně jako v medicíně a vědeckém výzkumu.
Faktory způsobující kavitaci
1. Vysoký tlak v systému
Při zvýšeném tlaku může kapalina dosáhnout kritického bodu a začít vřít, což vede k tvorbě kavitačních bublin.
2. Rychlá změna tlaku
Náhlé kolísání tlaku v kapalině může způsobit její přehřátí, což následně vede k tvorbě kavitačních parních bublin.
Tím, že se vyhnete vysokým tlakům a náhlým změnám tlaku v systému, můžete snížit riziko kavitace a zabránit poškození zařízení. Monitorování a pravidelná údržba systémů, stejně jako použití speciálních materiálů, které vydrží vysoké tlaky, pomůže snížit možnost kavitace.
