آزمایش کاویتاسیون

( Cavitation )

هدف آزمایش

آزمایش کاویتاسیون برای بررسی و مطالعه پدیده کاویتاسیون در مجرای ونتوری

تئوری آزمایش

چنانچه فشار استاتیک در نقطهای از مجرای عبور یک سیال، به حد فشار بخار سیال در درجه حرارت مایع برسد، در این صورت قسمتی از سیال به بخار تبدیل میشود و همراه جریان حمل میگردد. اگر حبابها به نقطهای بالاتر برسند، حبابهای گاز به سرعت از بین میروند و دوباره تبدیل به مایع میشوند که این تولید و انهدام حبابها اثرات نامطلوبی در سیستمهای هیدرولیکی بهجا میگذارد.

با صرفنظر از افتها و با استفاده از رابطه برنولی در یک مجرای عبور سیال، مقدار هد کل برابر مجموع هد ارتفاع، هد فشار استاتیک و هد دینامیک بوده و عددی ثابت است. در صورتی که روی خط جریان با عواملی مانند افزایش ارتفاع، افزایش سرعت سیال و … مواجه شویم، هد ارتفاع یا هد دینامیک و یا هر دو افزایش یابند چون هد کل ثابت است بنابراین هد فشار استاتیک کاهش مییابد و این کاهش فشار تا حد فشار بخار، مجاز است. ولی کاهش بیشتر آن سبب بروز کاویتاسیون میشود. کاویتاسیون در تجهیزات هیدرولیکی که مسئله جدایی سیال در آنها مطرح است نیز ممکن است پدید آید. در پدیده کاویتاسیون تولید حبابهای گاز مشکلی ایجاد نمیکند بلکه انهدام حبابها است که باعث ایجاد اثرات نامطلوب و خرابی در سیستم میگردد، به طوری که فشارهای موضعی شدید ایجاد کرده و باعث خوردگی و کنده شدن ذرات جداره میشود. به طور کلی اثرات نامطلوب ناشی از بروز کاویتاسیون شامل خوردگی و کندگی، ایجاد ارتعاش در سیستم، ایجاد سر و صدا و کاهش راندمان کلی سیستم میباشد.

شرح دستگاه و روش آزمایش

دستگاه آزمایش از یک میز هیدرولیک، یک ونتوری شفاف، مخزن و پمپ تشکیل شده است.

ابتدا مخزن آب را پر کرده و توسط کلید خاموش روشن دستگاه را روشن نمایید و مقدار دمای آنرا یادداشت کرده و سپس توسط کلید مربوط به پمپ، آب را از درون مخزن به داخل ونتوری وارد کنید.

بر روی پنل دستگاه سه عدد فشارسنج نصب شده است که فشار در ورودی، گلوگاه (فشار منفی) و خروجی ونتوری را به صورت نسبی اندازهگیری میکند (قطر مقطع ورودی و خروجی ونتوری 18 میلیمتر و مقطع گلوگاه 3.2 میلیمتر است). دبی جریان عبوری ونتوری نیز به وسیله شیر کنترل قبل از آن تنظیم میگردد و مقدار دبی آب را از روی روتامتر نصب شده بر روی دستگاه میتوانیم بخوانیم. برای چندین دبی مختلف فشار ورودی، گلوگاه و خروجی ونتوری و همچنین مشاهدات خود را در حین آزمایش یادداشت نمایید.

محاسبات و نتایج

جدول زیر را کامل کرده، بر روی آن بحث نمایید و مشاهدات خود را در حین آزمایش شرح دهید.

فشار کاویتاسیون آب در دمای اندازهگیری شده را از جداول ترمودینامیکی بیابید و با فشار محاسبه شده مقایسه کنید و علل اختلاف آنها را شرح دهید.
اهمیت کاویتاسیون در لوله های آب گرم را بررسی کنید؟
آیا کاویتاسیون به مرزهای جامد اطراف خود آسیب میرساند؟ چرا و چگونه؟
برای جلوگیری از بروز کاویتاسیون چه راهکارهایی را پیشنهاد میکنید؟
آیا کاویتاسیون همواره مضر است؟ چرا؟