Cavity در لغت به معناي تهي يا فضاي خالي است و كلمه Cavitation اولين بار در مقالات علمي قرن 19 مشاهده شده است. نيوتن در كتاب Optics خود در سال 1704 ، اولين شخصي بود كه مشاهده كاويتاسيون را در ناحيه كم فشار بين دو سطح غلتان ثبت كرد. او در حال آزمايش حلقه نيوتني شكل گرفته بين يك لنز محدب و يك صفحه شيشه اي مسطح بود كه مشاهده نمود هنگامي كه آب بين شيشه ها قرار گيرد و شيشه بالايي به سمت لبه هايش فشار داده شود تا حلقه به سرعت حركت كند، يكسري نقاط كوچك و سفيد بين آن ها بوجود مي آيند كه ظاهر آن ها به صورت هواي داخل شده در آب بود. اين نقاط در واقع هوا نبودند، زيرا حباب هواي موجود در آب نبايد محو شود، درحاليكه آنها از بين مي رفتند. نيوتن احتمالاً تشخيص نداد كه اين اثر مربوط به هواي خارج شده از محلول تحت كاهش فشار مي باشد. Reynolds در 1873 طي يك سري آزمايشات كلاسيك نتيجه گرفت كه در صورت ورود هوا به پشت تيغه هاي يك پروانه كشتي، قدرت پروانه براي حركت در آب كاهش خواهد يافت. متعاقباً آزمايشات بسياري براي مطالعه جنبه هاي فيزيكي پديده و يافتن اثرات آن در سيستم هاي صنعتي صورت گرفت و شيوه هاي تئوري و عددي بطور گسترده استفاده گرديد.

حتما بخوانید  روش های کنترل و کاهش فرسایش در رودخانه های قوسی

تعريف كاويتاسيون

هنگاميكه آب روي يك سرريز جريان يابد، ناحيه اي از آب خالص با يك لايه مرزي مشاهده مي شود كه اين لايه در طول جريان رشد نموده تا به سطح آزاد مي رسد، آشفتگي در لايه مرزي تداخل نموده با سطح آب، مي تواند نقطه آغاز طبيعي ورود هوا باشد. چنانچه رشد لايه آب و هوا از سطح آب به بدنه سرريز برسد، خسارت ناشي از كاويتاسيون منتفي مي شود. با افزايش ارتفاع سد و دبي واحد عرض سرريز، هواي سطح آزاد به سطح سرريز نرسيده، ضمن آنكه ناهمواري هاي بسيار كوچك سطح سرريز در سرعت هاي بالا باعث جدايي مناطق كوچكي از جريان خواهد شد كه در اين مناطق فشار پايين خواهد بود . اگر سرعت به اندازه كافي بزرگ باشد، فشار مي تواند به پايين تر از فشار بخار محلي كاهش يافته و در نتيجه حباب هاي بخار شكل خواهند گرفت. چنانچه حباب ها به مناطق پايين دست با فشار بالا مي رسند، وقوع پديده درونفجاري حباب ها باعث ايجاد نيروهاي برشي قابل توجه و در نتيجه وقوع خسارت ناشي از آن به سازه شود كه به آن كاويتاسيون گفته مي شود. اين حباب ها در درون مايع و در دماي معمولي ظاهر مي شوند.

در واقع اين پديده شامل مجموعه اي از پيامدهاي متوالي است، كه از توليد حباب ها آغاز شده، رشد آنها را در بر گرفته و تا انهدام آنها ادامه دارد. رشد حباب ها ممكن است در اثر ورود گاز محلول در مايع به درون حباب ها و يا انبساط گاز درون اين حباب ها به علت افزايش دما يا كاهش فشار باشد. حباب هايي كه در نزديكي سطح و در تماس با جداره ها مي باشند، در زمان انهدام شرايط مرزي يكسان و متقارني نداشته و نيروهاي وارد از طرف سيال به صورت غير متقارن به آن ها وارد مي شود. بدين ترتيب برآيند نيروهاي غير متقارن وارد بر حباب شبيه به يك ميكروجت عمل كرده و با توليد نيرو و فشار بسيار بالا مي تواند تخريب جداره و سطح سرريز را باعث شود. تحليل هاي عددي و نتايج عكسبرداري سرعت ميكروجت مذكور را بين 100 تا 1000 متر بر ثانيه برآورد مي كند. در اثر وقوع پديده كاويتاسيون در نزديك سطح سازه حفره هائي ايجاد مي شود كه در ادامه بهره برداري از سازه اين حفره ها بزرگتر شده و منجر به پديده فرسايش و كنده شدن تكه هاي بزرگي از سطح مي گردد. پديده كاويتاسيون داراي خاصيت گسترش سريع به اطراف و با فركانس بالا مي باشد. بعنوان مثال زمان انفجار يك حباب به قطر 1ميلي متر برابر 9 ميكروثانيه محاسبه و سرعت انتقال موج فشاري متناسب با سرعت صوت در جريان (مشابه پديده ضربه قوچ) مي باشد. بدين ترتيب ملاحظه مي شود كه بعلت فركانس بالا و نيروي زياد، كاويتاسيون پتانسيل تخريبي قابل توجهي دارد. پديده كاويتاسيون از آن جهت كه مي تواند ظرفيت جريان را محدود كند، صداهاي قابل توجهي را توليد ميكند و سبب تخريب سطح جريان شود، حائز اهميت مي باشد.

حتما بخوانید  جریان غیر دائمی در کانال های باز

در دهه هاي اخير با افزايش ارتفاع سدها و ضرورت ايجاد سرريزهاي بزرگ، خسارت ناشي از آنها به طور متوالي بروز نموده و بسياري از سازه ها و سدهاي بزرگ در اثر كاويتاسيون تخريب يا آسيب ديده اند.

در ايران سرريز سد كارون يك (شهيد عباسپور) در چندين مرحله در اثر حفره زايي آسيب ديد. تونل انحراف سد مسجد سليمان نيز در سال 1379 دچار اين پديده شده است.

تخريب در سرريز سد كارون يك
تخريب در سرريز سد كارون يك
caviti2
caviti3
اثرات تخريب تونل انحراف سد مسجد سليمان
الهه گودرزی
نظر خود را بنویسید:
ثبت دیدگاه
دیدگاه های کاربران
کاویتاسیون و ضربه قوچ دو روی یک سکه - انجمن تخصصی مهندسی علوم آب
20:56 - 1396/12/19
پاسخ دهید

[…] طور که در بالا هم به آن اشاره شد ؛ کاویتاسیون ( Cavitation ) و به عبارتی دیگر حفره زایی ، پدیده ایست که به دلیل کاهش […]

لطفا صبر کنید