عنوان :

مقاله کاویتاسیون

تعداد صفحات : ۳۴

نوع فایل : ورد و قابل ویرایش

چکیده

مقاله حاضر به بررسی تاریخچه، تعریف و اساس فرآیند کاویتاسیون، تقسیم ‎بندی کاویتاسیون، اثرها و اهمیت کاویتاسیون، روشهای مطالعه و تشخیص کاویتاسیون و روشهای سنتی برای کاهش خسارات کاویتاسیون و … می پردازد.

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 بخار 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.

هدف اصلی از مطالعه کاویتاسیون، پیش‎بینی نقطه شروع کاویتاسیون است. پس از مشخص شدن این نقطه سعی می‎شود یک حاشیه اطمینان رعایت شود تا آسیب کمتری به ماشینها و وسایل هیدرولیکی وارد شود کاویتاسیون باعث تغییر پارامترهای هیدرولیکی جریان می‎شود، ‌در فاز سیال ناپیوستگی ایجاد می‎کند،‌ راندمان ماشینهای هیدرولیکی را پایین می‎آورد و صدا و ارتعاش ایجاد می‎کند. از تمامی این آثار می‎توان برای تشخیص وقوع کاویتاسیون استفاده نمود.

 واژه های کلیدی: کاویتاسیون، کاویتاسیون گازی ، کاویتاسیون تبخیری، گاز زدایی ، جوشش، منحنی مشخصه، توزیع فشار، اکوستیک، پوشش دهی سطح

فهرست مطالب

معرفی پدیده کاویتاسیون    ۱
تاریخچه    ۱
تعریف و اساس فرآیند کاویتاسیون    ۳
تقسیم‎بندی کاویتاسیون    ۷
۱- کاویتاسیون هیدرودینامیکی ‎(HYDRODYNAMIC CAVITATION)    ۷
‎a- تقسیم‎بندی کاویتاسیون هیدرودینامیکی    ۸
‎b- آثار کاویتاسیون هیدرودینامیکی    ۸
۲- کاویتاسیون صوتی ‎(ACOUSTIC CAVITATION)    ۹
۳- کاویتاسیون نوری ‎(OPTIC CAVITATION)    ۱۰
۴- کاویتاسیون ذره‎ای ‎(PARTICLE CAVITATION)    ۱۱
اثرها و اهمیت کاویتاسیون    ۱۱
اندیکس کاویتاسیون    ۱۲
شکل‎گیری کاویتاسیون    ۱۴
نقش سطوح مختلف در کاویتاسیون    ۱۶
روشهای مطالعه کاویتاسیون    ۱۶
عدد کاویتاسیون    ۱۷
حل معادله رشد حباب    ۱۷
رژیم جریان    ۱۸
روشهای تشخیص کاویتاسیون    ۱۸
منحنی مشخصه    ۱۹
دستگاه تست کاویتاسیون    ۱۹
توزیع فشار    ۲۰
کاهش جرم    ۲۰
آکوستیک    ۲۰
لیزر    ۲۰
روشهای سنتی برای کاهش خسارات کاویتاسیون    ۲۱
طراحی بیهنه سیستمهای لوله‎کشی    ۲۱
کاهش اتلافات    ۲۲
کاهش مرحله‎ای فشار    ۲۲
استفاده از مواد مقاوم    ۲۳
پوشش‎دهی سطح    ۲۳
کنترل کاویتاسیون    ۲۳
استفاده از مواد افزودنی پلیمری    ۲۴
علت ایجاد کاویتاسیون    ۲۴
موقعیت آسیب    ۲۵
شدت کاویتاسیون    ۲۸
منابع    ۲۹

منابع

۱- Fluid flow machins, M.Rao, 1983

۲- Tomoita, Y, J Fluid Mech, Vol 169, 1985, P535

۳- Minasian. R. Kh, Fluid Mech-Soviet Res, Vol 19(3), 1990 P101

۴- Blake, J. R, J. of Fluid Mech, Vol 176, 1986, P479

۵- William Hal, Cavitation & Multiphas Flow Froum, Vol 23, 1985, P17

۶- Engineering Rheology, R.I. Tanner, 1990

۷- Klashnikove, v.n, Fluid Mech – Soviet Res, Vol 17(1), 1988, P80

۸- Encyeclopedia of Fluid Mechanics, Vol 7, N.P. Cheremisin off, 1986

۹- Pokh. I. Fluid Mech-Sovie t Resh, Vol 17(1), 1988

۱۰- Yang. W.j.j. of App. Phys., Vol 45(2), 1974, P754

۱۱- Papanastasiuo A. C, J of Non-Newtonian Fluid Mech, Vol 16, 1984, P53

معرفی پدیده کاویتاسیون

تاریخچه

نیوتن اولین فردی بود که بطور تصادفی در سال ۱۷۵۴ 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 ۱۸۷۵ این مشکل را حل کرد، او یکسری آزمایشات کلاسیک روی یک مدل به طول ۳۰ اینچ انجام داد که دارای پیچ‎هایی به طول ۲ 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 ۲۷ 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 ۱۸۹۵ 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 ۱۹۱۰ یک تونل کاویتاسیون بزرگ در ‎Newcastle upon Tyne ساخت که برای تست پروانه‎هایی به قطر ۱۲ اینچ در یک مدار بسته با طول مسیر جریان ۶۶ فوت، قطر لوله اصلی ۳۶ اینچ و سطح مقطعی به عرص ۲۵/۲ فوت و عمق ۵/۲ فوت بکار می‎رفت که دارای پنجره شیشه‎ای قابل نمایش از یک نورافکن بزرگ و سرعت عکس‎برداری _۳۰۰۰۰/^۱ 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:

۱- کاویتاسیون گازی ‎(gaseous cavitation): حباب محتوی گاز که به دلیل افزایش دما یا کاهش فشار رشد یافته است.

۲- ‎کاویتاسیون تبخیری ‎(vaporous cavitation): حباب پر شده از بخار که سبب رشد آن کاهش فشار است.

۳- گاز زدایی ‎(Degassing): حباب محتوی گاز که سبب رشد آن نفوذ گازهای غیرمحلول در مایع است.

۴- 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.

جهت دریافت و خرید متن کامل مقاله و تحقیق و پایان نامه مربوطه بر روی گزینه خرید انتهای هر تحقیق و پروژه کلیک نمائید و پس از وارد نمودن مشخصات خود به درگاه بانک متصل شده که از طریق کلیه کارت های عضو شتاب قادر به پرداخت می باشید و بلافاصله بعد از پرداخت آنلاین به صورت خودکار  لینک دنلود مقاله و پایان نامه مربوطه فعال گردیده که قادر به دنلود فایل کامل آن می باشد .