Zjawisko kawitacji:

http://kawitacja.ekologika.com.pl/

tematy pokrewne: pompa kawitacyjna | kawitacja | silnik potapowa | wirowy-generator-ciepla

Każdy z nas codziennie spotyka się z tym zjawiskiem chociażby gotując wodę w czajniku elektrycznym ( po włączeniu pojawia się charakterystyczny szum który jest spowodowany kawitacją ). Zjawisko to występuje w wielu miejscach (np.w rurach, przewodach wodociągowych, przy pracy śrub okrętowych, łopatach turbin, zaworach ), wszędzie tam gdzie spadek ciśnienia jest wystarczający. Według Polskiej Normy kawitacja jest zjawiskiem wywołanym zmiennym polem ciśnień cieczy, polegające na tworzeniu się, powiększaniu i zanikaniu pęcherzyków lub innych obszarów zamkniętych (kawern), zawierających parę danej cieczy, gaz lub mieszaninę parowo-gazową. Jest to zespół zjawisk w którym następuje zamiana wody w bąble pary wodnej, spowodowana miejscowym zmniejszeniem ciśnienia lub zwiększeniem temperatury oraz implozja ( odwrotność eksplozji ) czyli zapadanie, kurczenie się tych bąbli, powoduje wytworzenie niszczącej fali uderzeniowej. Lokalne zmiany ciśnienia przekraczają ciśnienie płynu kilkaset razy i mogą powodować niszczenie dowolnego materiału.

Promocje:

Czas powstawania pojedynczego pęcherzyka kawitacyjnego i jego rozwoju mierzymy w tysięcznych częściach sekundy a zanik jest jeszcze szybszy.
Kawitacji towarzyszą ciekawe efekty akustyczne które możemy zarejestrować zmysłem słuchu ( szumy i trzaski ), jest ona jednym z głównych źródeł hałasu na łodziach podwodnych czy w instalacjach wysokociśnieniowych.
Wpływ na zapoczątkowanie zjawiska ma nie tylko ciśnienie czy temperatura ale także ( rodzaj wody, prędkość strugi opływającej ciało, gęstość wody, lepkość wody ).
W normalnych warunkach przy pracy urządzeń kawitacja jest zjawiskiem niepożądanym ponieważ implozja pęcherzyków pary posiada ogromną siłę niszczącą powodując erozje a nawet niszczenie, pękanie elementów urządzeń.

Kawitacja jest też źródłem wielu korzyści. Znalazła zastosowanie w produkcji emulsji powodując dokładne jej mieszanie i łączenie się cząsteczek, czyszczeniu powierzchni.
Kawitacja znajduje też zastosowanie w bardziej przyjaznych rzeczach.

Jedną z takich rzeczy jest pompa kawitacyjna (pompa hydrosoniczna). Urządzenie to zamienia energię mechaniczną na energię cieplną (czyli parę wodną lub ciepłą wodę). Jest to urządzenie mające sprawność nie mniejszą niż 100% co oznacza, że nie ma strat energii podczas tej wymiany. Wynalazcą i człowiekiem który to opatentował jest Jim Griggs.

Są różne rodzaje podziałów opisujących zjawiska kawitacji. Jednym z takich podziałów jest kształt obłoku kawitacyjnego pojawiającego się za opływanym ciałem:

• Wędrująca kawitacja pęcherzykowa - objawia się pęcherzykami, które przesuwają się wzdłuż ciała stałego i stają się widoczne w pobliżu miejsca o minimalnym ciśnieniu.

• Kawitacja pęcherzykowa w warstwie ścinania - pęcherzyki narastają na powierzchni ciała stałego i następnie są zrywane przez przepływ.

• Kawitacja pasmowa przyłączona - kawitacja pojawiającą się jako kawerna z gładką powierzchnią wypełnioną jednorodną (która posiada ten sam skład) mieszaniną parowo-gazową

• Miejscowa kawitacja przyłączona.

• Miejscowa kawitacja pęcherzykowa.

• Kawitacja wirowa - pojawiająca się w jądrach wirów odrywających się od opływanej przeszkody.
  
  Wpływ na zapoczątkowanie zjawiska ma nie tylko ciśnienie, czy temperatura ale także:
  - rodzaj wody (w zależności od tego jak jest zanieczyszczona i ilości gazu jakie w niej są)
  - prędkość strugi opływającej ciało
  - gęstości wody
  - lepkości wody

Komputerowa symulacja zjawiska kawitacji występująca na łopatkach śruby okrętowej.
Kawitacja powoduje wiele szkód (np. erozje spowodowane zjawiskiem implozji). Powstaje także w miejscach miejscowego spadku ciśnienia spowodowanego napływem lub opływem strumienia cieczy jakiejś przeszkody. Jeśli bąbel opływa całe ciało to jest to zjawisko nazywane superkawitacją.

SUPERKAWITACJA

O superkawitacji mówimy wówczas jeśli cały bąbel pary opływa dane ciało a raczej ciało znajduje się we wnętrzu takiego bąbla, tworzony jest tunel powietrzny w którym mogą się poruszać pociski podwodne napędzane silnikami rakietowymi.
Zjawisko superkawitacji jest szczególnym przypadkiem kawitacji. Generalnie kawitacja jest zjawiskiem powszechnie unikanym i nie pożądanym przez inżynierów, ale nie w tym przypadku. A powód jest prosty: aby pocisk poruszający się w wodzie pozbawiony był oporów jakie stawia przed nim opływający ją płyn (np. woda). Każdy zdaje sobie sprawę z siły jaką trzeba włożyć by poruszać się na ziemi w powietrzu i jaką siłę trzeba włożyć by poruszać się w wodzie. Dlatego też jeśli będzie możliwe stworzenie z otoczenia w jakim porusza się ciało, bąbla gazu, to spowoduje to, iż ciało będzie mogło się poruszać w wodzie praktycznie bez oporów. Do tego, by możliwe było stworzenie tego zjawiska, używane są kawitatory (urządzenia mające różne kształty za pomocą których mają być wytwarzane wnęki superkawitacyjne). Wnęki ta mają mieć określoną minimalną wartość po to, by wytworzony bąbel mógł opłynąć całe ciało przed jego zapadnięciem. Kolejnym problemem jest nie równomierny rozkład ciśnień wewnątrz pęcherza. Prace nad tym zjawiskiem od dawna są prowadzone przez Rosjan (których pierwszą torpeda była "Szkwał"), a Amerykanie starają się ich dogonić w tych badaniach.

Trzeba zdać sobie sprawę że państwo które będzie w posiadaniu takiej bomby, może zmienić warunki walki na morzu w taki sposób, że przeciwnik nie będzie w stanie się przed nim obronić. Wystarczy sobie wyobrazić wystrzelenie torpedy, która będzie poruszać się z prędkością taką jak w powietrzu i porównać ją z możliwością manewrową współczesnych łodzi podwodnych (albo zdziwienie pilota samolotu odrzutowego do którego z wody wystartuje rakieta poruszająca się z dużą prędkością).

Prawdopodobnie ten rodzaj torpedy był odpowiedzialny za zatonięcie okrętu podwodnego„KURSK”.
Według rosyjskich wojskowych w luku torpedowym "Kurska" mogła eksplodować torpeda 65-67 kalibru 650 mm. Torpeda ta ma w rosyjskiej marynarce bardzo złą opinię. Uważana jest za niestabilną, wręcz wadliwą i wymagającą szczególnie ostrożnego traktowania. Być może jednak, chodziło o całkiem inną torpedę. Zachodni eksperci od broni podwodnej są zdania, że podczas ćwiczeń, w trakcie których doszło do zatonięcia "Kurska", Rosjanie postanowili przetestować nowy rodzaj broni - torpedę „Szkwał”.
Zamiast po prostu płynąć w wodzie, torpeda ta miała "lecieć" w otoczeniu wytwarzanych przez nią bąbli powietrza. Według samych Rosjan torpeda „Szkwał” osiąga prędkość ponad 200 węzłów, tj. ok. 370,4 km/h. Torpeda jest niesterowalna, dlatego ciągnie za sobą pokaźnej długości przewód który pozwala jej nadać i ustalić obrany kierunek ruchu.
Była to, krótko mówiąc, rewolucyjnie nowoczesna broń. Władze rosyjskie w sposób oczywisty nie chciały, by tajemnica tej broni wpadła w obce ręce. I tu po części kryje się przyczyna takiego, a nie innego zachowania rosyjskich władz po katastrofie "Kurska".
Badania pocisków superkawitacyjnych prowadzą też Amerykanie w Naval Undersea Warfare Center. Jego dyrektor dr. John E. Sirmalis ujawnił w roku 2000, że w mikroskali testowano pocisk poruszający się z prędkością naddżwiękową. 17 lipca 1997 r. Supercavitating High-Speed Body pokonał odcinek pomiarowy z prędkością 1549 m/s!! Sirmalis poinformował wówczas, że przyszłe okręty podwodne US Navy będą uzbrojone w pociski superkawitacyjne do niszczenia wystrzelonych przeciwko nim torped.

W maju w Berlinie, podczas wystawy lotniczej i targów ILA 2004, po raz pierwszy zaprezentowano publicznie niemiecki demonstrator, wspomnianą Barakudę. W basenie pomiarowym na głębokości 4 m pod woda uzyskała prędkość 100 m/s i - w przeciwieństwie do torpedy Rosjan - jest w pełni sterowalna. Istotne także jest, że Barracuda jest kilkakrotnie mniejsza od Szkwału. W przyszłości zostanie wyposażona w aktywny sonar, czyli rodzaj podwodnego radaru, wysyłającego impulsy dżwiękowe i odbierającego echa odbite od przeszkód. Do tego jednak jeszcze droga daleka.

Efekt kawitacji został także zaobserwowany w środowisku rozrzedzonym ( atmosferze ziemskiej).

Wiele osób słyszało uderzenie dźwiękowe, ale mało kto je zobaczył. Kiedy samolot leci z prędkością naddźwiękową, fale gęstości dźwięku wydawanego przez samolot nie mogą go wyprzedzić, więc gromadzą się w stożku za nim. Kiedy taka fala uderzeniowa mija obserwatora na ziemi, w jednej chwili słyszy on cały dźwięk produkowany przez dłuższy czas. To właśnie jest uderzenie dźwiękowe. Czasami, gdy samolot przyspiesza, żeby przekroczyć barierę dźwięku, tworzy się niezwykła chmura. Przyczyny powstawania takiej chmury nie są do końca znane, ale wiodąca teoria mówi, że następuje spadek ciśnienia wokół samolotu ( tak jak w zjawisku kawitacji ), opisany przez osobliwość Prandtla-Glauerta, powodując kondensację pary wodnej. Zdjęcia przedstawiają myśliwica F/A-18 Hornet który został sfotografowany w chwili przekraczania prędkości dźwięku. Również duże meteory i prom kosmiczny często powodują słyszalne uderzenia dźwiękowe zanim atmosfera ziemska spowolni je do prędkości poniżej prędkości dźwięku.

 

Od SUPERKAWITACJI do UFO

Mieszkańcy Puerto Rico są przekonani, że na ich wyspie znajdują się podziemne i podwodne bazy UFO. Niektórzy badacze przychylają się do tego zdania. Zbyt wiele zdjęć wykonanych nawet przez wojskowych fotografów ukazuje UFO startujące spod przybrzeżnych wód lub wyłaniające się, wydawałoby się, spod ziemi. 6 lipca 1990 r. szyper statku stojącego u wybrzeży wysepki Palomino (niedaleko Puerto Rico) sfotografował startujące spod wody UFO w kształcie kapelusza.

W listopadzie 1980 roku portorykański policjant, Jose Cardero, wykonał serię zdjęć UFO nad wsią Levitvon. UFO pojawia się najczęściej na południowo-zachodnim skraju wyspy, w pobliżu miasta Cabo Rojo. Ufolodzy podejrzewają, iż pod dnem leżącego w pobliżu jeziora Cartagena, jak też w pobliskich głębinach morskich opadających gwałtownie aż do 2000 metrów, znajdują się podwodne bazy UFO, być może połączone ze sobą. Cywilni naukowcy nie mogą sprawdzić tej hipotezy, gdyż te tereny zostały objęte nadzorem wojska...

Istnieją przesłenki że zjawisko kawitacji jest stosowane w napędach pojazdów NOL. Opowiadał o tym Krzysztof Jackowski w jednej ze swoich wizji, której byliśmy świadkami.

Naukowcy stale pogłębiają wiedzę nad zjawiskiem kawitacji i superkawitacji, nie jest ono do końca poznane i zbadane. Nie trudno wyobrazić sobie przyszłe łodzie podwodne bazujące na napędzie rakietowym mknące z zawrotnymi prędkościami nieosiągalnymi dla dzisiejszych konstrukcji. A nawet takie które będą w głębinach osiągały olbrzymie prędkości i zdolne do samodzielnego lotu ( hydroloty ) wystartują z głębin oceanów.

Jeśli uda się wytworzyć pęcherz superkawitacyjny wokół okrętu podwodnego wtedy pokonamy kolejną barierę którą jest ogromne ciśnienie panujące w głębinach. Oczywiście technologia ta będzie zarezerwowana dla wojska ale jak każda z czasem ujrzy światło dzienne i zaczną ją wykorzystywać cywile, przyczyni się ona do poznania tajemnic głębin morskich których ponad 90% czeka na odkrycie.