لینک پرداخت و دانلود *پایین مطلب*
فرمت فایل:Word (قابل ویرایش و آماده پرینت)
تعداد صفحه: 47
فهرست و توضیحات:
- معرفی پدیده کاویتاسیون
- تعریف و اساس فرآیند کاویتاسیون
- تقسیمبندی کاویتاسیون
- اثرها و اهمیت کاویتاسیون
- اندیکس کاویتاسیون
- شکلگیری کاویتاسیون
- روشهای مطالعه کاویتاسیون
- روشهای تشخیص کاویتاسیون
- روشهای سنتی برای کاهش خسارات کاویتاسیون
- عوامل مؤثر در خسارت ناشی از کاویتاسیون بر روی سطح
معرفی پدیده کاویتاسیون
تاریخچه
نیوتن اولین فردی بود که بطور تصادفی در سال 1754 در حین آزمایش عدسیهای محدب به پدیده کاویتاسیون و تشکیل حباب در مایعات برخورد کرد ولی نتوانست علت آن را شناسایی کند. او مشاهدات خود را چنین بیان کرده است:
«در مایع بین عدسیها، حبابهایی به شکل هوا بوجود آمده و رنگهایی شبیه به هم تولید کرده که این حبابها نمیتواند از جنس هوا باشد زیرا مایع قبلاً هوا زدایی شده است.»
نیوتن تشخیص داد که این عمل نتیجه بیرون آمدن هوا در اثر کاهش فشار است و حبابها دوباره نمیتواننددر مایع حل شوند و در نتیجه پدیده کاویتاسیون را باعث خواهند شد.
مهندسان کشتیسازی در قرن نوزدهم به شکل عجیبی برخورد کردند. آن این بود که پیچهای توربینها که به آب دریا در تماس بودند بعد از مدتی باز میشدند، آنها نتوانستند هیچ دلیل قانع کنندهای برای این عمل پیدا کنند.
رینولدز در سال 1875 این مشکل را حل کرد، او یکسری آزمایشات کلاسیک روی یک مدل به طول 30 اینچ انجام داد که دارای پیچهایی به طول 2 اینچ با فنر قابل تنظیم بودند. او دریافت که وقتی طول پیچها زیاد شود عمل باز شدن رخ نمیدهد. او اظهار داشت که هوای وروید پشت تیغه پره باعث کاهش قرت پروانه میشود. خودش یک مورد معروف را که شاهکاری در صنعت کشتیسازی است، طراحی کرد که سرعت آن برابر 27 کره بود.
اولین مشاهدات مکتوبی که در توربینهای بخار ثبت شده توسط Parson است و در گزارشاتش چنین آورده است:
«لرزش پروانه بیشتر و راندمان آن کمتر از حدی است که محاسبات نشان میدهد، از بررسی روی سطوح تیغهها معلوم شد که حبابهایی در پشت تیغه توربین آب را پاره میکند، جنس حبابها از هوا و بخار آب نیست و قسمت اعظم قدرت موتور صرف تشکیل و نگهداشتن آنها به جای راندن کشتی میشود.»
Parson Barnaby و Thornycroft Barnaby مقالههایی در این زمینه نوشتهاند و پدیده مذکور را شرح دادهاند و نتیجهگیری کردهاند که وقتی فشار اطراف تیغهها از یک حد ویژهای پایینتر رود حفرهها و ابرهای حبابی در پروانهها بوجود میآید. Thronycroft Barnaby اولین کسانی بودند که مقالات خود از لغت کاویتاسیون (cavitation) استفاده کردند. آنها اظهار داشتهاند که وقتی فشار منفی کمتر از psi75/6 شود این اتفاق رخ میدهد.
برای آزمایش و مشاهده کاویتاسیون، تجربیات Parson و تلاشهای Turbinia آنها را به ساخت و طراحی یک ماهی تابه سربسته محتوی آب که یک گوشه آن باز بود رهنمون کرد. این آزمایش مقدمهایی برای طراحی و ساخت اولین تونل کاویتاسیون در سال 1895 شد. این وسیله هنوز در دپارتمان آرشیتک دریایی و کشتیسازی دانشگاه Newcastle upon Tyne وجود دارد. این وسیله شامل مدار بسته بیضی شکلی از یک لوله مسی عمود بر سطح مقطع پروانه بود که بطور افقی به بالای عضو چرخاننده یک ماشین بخارکوچک متصل بود و سپس به یک موتور الکتریکی منتهی میشد. عکسبرداری بر روی پنجرهای که در بالای آن یک لامپ کمانی شکل قرار گرفته بود صورت میگرفت و بدین طریق مشاهده کاویتاسیون امکانپذیر بود.
Parson در سال 1910 یک تونل کاویتاسیون بزرگ در Newcastle upon Tyne ساخت که برای تست پروانههایی به قطر 12 اینچ در یک مدار بسته با طول مسیر جریان 66 فوت، قطر لوله اصلی 36 اینچ و سطح مقطعی به عرص 25/2 فوت و عمق 5/2 فوت بکار میرفت که دارای پنجره شیشهای قابل نمایش از یک نورافکن بزرگ و سرعت عکسبرداری 30000/1 ثانیه بود.
Hutton تنها فردی است که تاریخچه دقیق و شاخههای کاویتاسیون را با چندین مرجع کمیاب از محققان مربوطه تهیه کرده است.
تعریف و اساس فرآیند کاویتاسیون
به تشکیل و فعالیت حباب در مایع کاویتاسیون گویند. وقتی مایع در فشار ثابت، به اندازه کافی گرم شود یا هنگامی که در دمای ثابت، متوسط فشار استاتیکی یا دینامیکیاش به اندازه کافی کاهش یابد، حبابهایی از بخار و یا گاز بخار تشکیل میشود بطوری که حتی با چشم هم گاهی اوقات قابل مشاهده است. با کاهش فشار یا افزایش دما، اگر حباب تنها شامل گاز باشد ممکن است با نفوذ گازهای غیرمحلول ازمایع به حباب، منبسط شود. ولی اگر حباب بیشتر از بخ ار پر شده باشد، اگر به اندازه کافی کاهش فشار محیط دردمای ثابت صورت بگیرد، یک انفجار تبخیری از سمت داخل حباب اتفاق میافتد که به این پدیده کاویتاسیون میگویند. در حالی که برای حباب پر شده از بخار، بالا رفتن دما باعث رشد پیوسته آن خواهد شد که آن را جوشش مینامند.
رشد حبابها در اثر نفوذ گاز به نام Degassing معروف است. در صورتی که این رشد اگر به علت کاهش فشار دینامیکی باشد آن را کاویتاسیون گازی مینامند. میتوان کاویتاسیون را بر حسب رشد حباب به چهار دسته کلی زیر تقسیم کرد:
1- کاویتاسیون گازی (gaseous cavitation): حباب محتوی گاز که به دلیل افزایش دما یا کاهش فشار رشد یافته است.
2- کاویتاسیون تبخیری (vaporous cavitation): حباب پر شده از بخار که سبب رشد آن کاهش فشار است.
3- گاز زدایی (Degassing): حباب محتوی گاز که سبب رشد آن نفوذ گازهای غیرمحلول در مایع است.
4- جوشش (boiling): حباب محتوی بخار که علت رشد آن بالا رفتن دما به قدری کافی است.
اگر از دیدگاه تغییر فشار دینامیکی موضوع را بررسی کنیم آنچه که دارای اهمیت است ارتباط بالا رفتن یا پایین آمدن فشار برای رشد حباب است. زیرا اگر رشد حباب بدلیل افزایش فشار داخل آن باشد میتوان از رشد آن جلوگیری کرده و گاز درون آن را در مایع حل و یا بخار داخل آن را کندانس کرد. در هم شکستن (collapse)برای حباب محتوی بخار و کمی گاز بیشتر اتفاق میافتد و کمتر در حالتی که حجم گاز نسبت به بخار زیادتر باشد روی میدهد. بطور کلی کاویتاسیون شامل تمام اتفاقاتی است ه در مسیر تشکیل حباب و انبساط آن تا در هم شکستن (collapse) حبابها روی میدهد. در حالتی که در فرایند جوشش معمولی حبابها بطور پیوسته رشد میکنند. شدت در هم شکستن (collapse) با رشد و بهم پیوستگی مهم است و در بالا به آن اشاره شد میتوان به صورت زیر خلاصه شود:
1- کاویتاسیون پدیدهای است مخصوص مایعات و در جامدات و گازها بوجود نمیآید.
2- کاویتاسیون نتیجه کاهش فشار در مایع است. بنابراین به جرأت میتوان گفت که اگر قدر مطلق مینیمم فشار کنترل شود، این پدیده کنترل خواهد شد. بدین معنی که از خواص فیزیکی و شرایط مایع میتوان یک فشار بحرانی را محاسبه کرد که اگر فشار مایع مدت زمان کافی زیر آن فشار بحرانی قرار بگیرد کاویتاسیون تولید خواهد شد در غیر این صورت هیچگاه کاویتاسیون رخ نخواهد داد.
3- کاویتاسیون با ظاهر شدن و یا ن اپدید شدن حفرهها (حبابها) در مایع مرتبط است. اگر لغت Cavity به معنای حفره یا حباب و لغت Hole به معنی سوراخ را در دیکشنری وبستر (Webster) مقایسه کنیم به این نتیجه میرسیم که Cavity یک لغت معنیدار نسبت به Hole است و آن دلالت به یک فضای خالی فعال دارد. در بسیاری از موارد لغت کاویتاسیون مناسب است، زیرا آن به مفهوم فعال بودن اهمیت میدهد. به آسانی میتوان دریافت که اگر حفرهها واقعاً خالی باشند، حجم نمیتواند به عنوان یک قسمت فعال در این پیده فیزیکی نقش بازی کند. بنابراین همه آثار قابل مشاهده کاویتاسیون باید برای رفتار مایع قابل تعقیب و جستجو باشد. به هر حال اندازه و حجم حفره در مدت عمر آن نقش کمی را ایفا میکند مگر در زمان نزدیک به شروع و پایان سیکل حباب که پارامترهای مورد نظر نقش بسزایی را بعهده دارند، زیرا ابعاد حباب میکروسکپی و یا حتی زیر – میکروسکپی (Sub-Microscopic) است.
4- کاویتاسیون یک پیده دینامیکی است. بنابراین به رشد و در هم شکستن (collapse) حبابها کاملاً ارتباط دارد.
برخی از موارد مهم دیگری را در ذیل یادآوری میکنیم.
الف- هیچ اشارهای به حرکت یا ساکن بودن مایع نشده است، بنابراین ممکن است این مفهوم را برساند که کاویتاسیون در هر حالتی امکان وقوع دارد.
ب- اشارهای مبنی بر محل روی دادن کاویتاسیون، مثلاً در محدوده مرزهای جامه یا خارج آن نشده است. بنابراین به نظر میرسد که کاویتاسیون هم در داخل مایع و هم روی مرزهای جامد اتفاق بیفتد.
ج- بحث بالا مربوط به دینامیک رفتار حباب است. بطور ضمنی بین هیدرودینامیک رفتار حباب و آثار آن مانند خوردگی کاویتاسیون تفاوت قائل شده است .
توضیحات فوق که در مورد سیکل تبخیر - در هم شکستن (collapse) است، بر مبنای تشخیص کاویتاسیون میباشد. در بسیاری از موارد این پدیده به طور کامل با سیکل ساده دینامیک حبابهای کوچک مشخص شده است. در مراحل پیشرفته بعد از شروع، تولید هیدرودینامیکی کاویتاسیون ممکن است خیلی پیچیدهتر از بحث بالا باشد.
این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
دانلود تحقیق کامل درمورد کاویتاسیون
این پروژه به عنوان پروژه ایی کامل در موضوع پمپ ها ارائه گردیده