Werktuigbouwkundig ingenieur hier, voormalige atoombom van de Amerikaanse marine. De tekstboekdefinitie van cavitatie is, van mijn nucleaire training:

"De vorming en de daaropvolgende ineenstorting van dampbellen als de zuigdruk lager wordt en dan stijgt boven de verzadigingsdruk."

Deze definitie verwijst naar de zuigdruk zoals in een pomp, maar ik zou meer in het algemeen en kennelijk tegen de meeste andere posters hier zeggen dat cavitatie meer verwijst naar de vorming en daaropvolgende ineenstorting van damp bubbels dan over hoe die dampbellen ontstaan.

Nu begrijp ik dat het cavitatie-effect in het algemeen optreedt (of het meest besproken wordt wanneer het gebeurt) in pompen en propellers, maar ook in kokend water.

Wanneer je water aan de kook brengt, is het aanvankelijk rustig en zijn er geen bellen. Op een bepaald overgangspunt (kiemkoken) vormen zich bellen op de bodem van de pan, breken weg, maar storten in voordat ze het oppervlak bereiken . Dit soort koken (in culinaire termen sudderen genoemd) kan terecht cavitatie worden genoemd. Dit is ook een zeer luidruchtige fase in het kookproces - dit is de "luidruchtige" periode in OP's video.

Na cavitatie komt (om te koken, tenminste) de laatste kookfase, waarin de bulkvloeistof kookt en bellen het oppervlak van het water bereiken (met uitzondering van het koken van de kern). Ondanks dat het koken krachtiger lijkt te zijn, is dit eigenlijk veel stiller omdat cavitatie niet meer optreedt .

Cavitatie is het pingelende geluid dat een pan met water maakt voordat het volledig kookt. Zodra een volledige kook is bereikt, bereiken stoombellen het oppervlak en verandert de kwaliteit van het geluid van een pingel naar meer een gorgel.

Dat gezegd hebbende, er is veel gepraat op andere berichten over koken als het toepassen van warmte en cavitatie als het verminderen van druk. Nogmaals, het verlagen van de druk (onder de verzadigingsdruk) is een oorzaak van cavitatie, maar het verlagen van de druk is niet de definitie van cavitatie.

De term voor het creëren van dampbellen door het verlagen van de druk wordt flitsdestillatie of flitsverdamping genoemd. De term voor het creëren van dampbellen door het verhogen van de hitte wordt koken genoemd.

De term cavitatie verwijst naar de formatie en daaropvolgende instorting sterk > van de dampbellen. Cavitatie vindt plaats in pompen, in een pot met spaghettiwater, in een onderzeese propeller, enz. Het is niet beperkt tot beide scheppingswijzen (druk of hitte). De video in de post van OP toont cavitatie tijdens een kookproces.

: EDIT:

Ik voelde me uitgedaagd door Air's opmerking om een ​​bron te produceren voor de definitie van cavitatie die ik hier heb verstrekt. De regel die ik hierboven citeerde, is nu ongeveer 15 jaar geleden uit het hoofd geleerd. Ik heb (op een boekenplank thuis) een beknopte technische hand-out van niet-geclassificeerde informatie die we kregen aan het einde van de nucleaire trainingen voor persoonlijke referentie. Toen ik deze handleiding online probeerde te vinden, vond ik een website voor technische publicaties die een deel van de inhoud lijkt te reproduceren die ons is geleerd tijdens het trainingsprogramma voor kernenergie.

Het eerste deel over mechanische wetenschap heeft een sectie over cavitatie waarin staat:

Als de drukval groot genoeg is, of als de temperatuur hoog genoeg is, kan de drukval voldoende zijn om ervoor te zorgen dat de vloeistof tot damp gaat flitsen wanneer de lokale druk onder de verzadigingsdruk voor de te verpompen vloeistof daalt. Eventuele dampbellen gevormd door de drukval bij het oog van de waaier worden langs de waaierschoepen meegevoerd door de stroming van de vloeistof. Wanneer de bellen een gebied binnenkomen waar de lokale druk hoger is dan de verzadigingsdruk verder uit de waaiervaan, vallen de dampbellen abrupt in elkaar. Dit proces van de vorming en het daaropvolgende instorten van dampbellen in een pomp wordt cavitatie genoemd.

(nadruk toegevoegd) De definitie die we moesten onthouden (zoals ik bovenaan geciteerd) is de verkorte versie van deze verklaring voor reproductie op examens.

Nu is er geen bron op deze specifieke website , waar de referentievolumes zijn uitgesplitst naar sectie over waar dit materiaal vandaan komt, maar bovenaan de pagina staat het DOE-document "DOE-HDBK-1018/1".

U kunt dat nummer opzoeken en het volledige document vinden op de website van het Department of Energy, waar die passage te vinden is op pagina 12.

Verder, met betrekking tot de opmerking over "de industrie houdt zich niet aan de lijn van de Amerikaanse marine", bevat de kopie die op de DOE-website wordt gehost een voorwoord en een overzicht waarin staat dat het materiaal is opgesteld met input van de nucleaire industrie en bedoeld is voor gebruik in opleiding van nucleaire operators. Dus misschien gebruiken sommige industrieën niet de definitie van cavitatie die ik heb gegeven, maar de nucleaire industrie doet , en het lijkt erop (uit de opmerking van Bryon Wall) dat de chemische industrie doet ook.

Ik denk dat dit meer over taal gaat dan over natuurkunde. Het fundamentele fysische fenomeen - de faseverandering van vloeistof naar gas wanneer de dampdruk gelijk is aan de hydrostatische druk in de vloeistof - is hetzelfde voor koken en cavitatie.

Bij algemeen (niet-wetenschappelijk) gebruik, "koken "betekent verhitten de vloeistof totdat de dampdruk gelijk is aan de inwendige druk van de vloeistof. In de meeste "niet-wetenschappelijke" gevallen wordt de verwarming gedaan bij (ongeveer) constante druk met een grensvlak tussen de vloeistof en een gas (bijv. Water en lucht), en de verdampte vloeistof (stoom) verlaat de vloeistof en vermengt zich met het gas , waarbij warmte wordt overgedragen van de vloeistof naar het gas.

Anderzijds is "cavitatie" een lokale verlaging van de druk in de vloeistof, bij (ongeveer) constante temperatuur. Net als bij koken verdampt een deel van de vloeistof wanneer de vloeistofdruk gelijk is aan de dampspanning, maar de damp kan nergens ontsnappen omdat de omringende vloeistof op een hogere druk staat. Als een dampbel door de vloeistof begint te bewegen, bereikt deze al snel een punt waarop de vloeistofdruk hoger is en stort hij weer in een vloeistof.

De plotselinge drukgolven in de vloeistof, die ontstaan ​​wanneer de bellen instorten, kunnen schade toebrengen aan metalen onderdelen zoals propellers, waterturbines, enz.

Het korte antwoord is dat cavitatie en koken beide verwijzen naar een faseverandering van vloeistof naar gas waardoor bellen ontstaan, waarbij cavitatie wordt aangedreven door een drukval en koken wordt aangedreven door een temperatuurstijging. Voor een verwijzing, zie Cavitatie en bellendynamica, pagina 1:

Een ruwe maar nuttige manier om deze twee processen te onderscheiden, is cavitatie te definiëren als het proces van kiemvorming in een vloeistof wanneer de druk onder de dampdruk daalt, terwijl koken het proces van kiemvorming is dat plaatsvindt [sic] wanneer de temperatuur wordt verhoogd tot boven de verzadigde damp / vloeistoftemperatuur. Uiteraard is er vanuit een fundamenteel fysisch oogpunt weinig verschil tussen de twee processen ... De verschillen in de twee processen treden op vanwege de verschillende complicerende factoren die optreden bij een caviterende stroming enerzijds en in de temperatuurgradiënten en muureffecten die optreden bij koken aan de andere kant.

Als je wilt weten hoe dit onderscheid nuttig kan zijn, de volledige tekst van een De oudere editie van het boek is beschikbaar via de Caltech-bibliotheekwebsite. Het vinden van een recentere editie in de bibliotheek zou niet moeilijk moeten zijn, aangezien het werk volgens Google Scholar bijna 3000 keer is geciteerd.

Het lange antwoord begint met op te merken dat dit citaat niet pretendeert de enige definities van cavitatie en koken te geven; het stelt expliciet één manier voor om ze te definiëren als twee processen die "ruw maar nuttig" zijn. Ik verwacht dat Dr. Brennen het ermee eens is dat er contexten bestaan ​​waarin andere definities nuttiger zijn.

In zeer algemene zin kan "cavitatie" het spontaan verschijnen van holtes (ook wel holtes of bellen genoemd) in een vloeistof betekenen. Als u onderzoekt hoe verschillende materialen of oppervlaktegeometrieën kiemvorming bevorderen of onderdrukken, is dit wellicht een nuttiger definitie voor u dan een definitie die verhitting uitsluit.

In een meer beperkende betekenis kan 'cavitatie' alleen betekenen die subset van de eerste die optreedt bij relatief constante temperatuur, in de aanwezigheid van een solide interface, die later implodeert en bijdraagt ​​tot slijtage van mechanische componenten. Als je een voortstuwingssysteem voor een onderzeeër bouwt, is dit misschien een nuttiger definitie dan een van de vorige twee.

Het woord 'koken' dateert van vóór de moderne thermodynamica dus we moeten niet verbaasd zijn als het moeilijk vast te pinnen is. We beschouwen koken doorgaans als een proces waarbij bellen betrokken zijn, maar koken van films is een uitzondering. Het is duidelijk dat de mensen die onderzoek deden naar wat er gebeurt als je een ton warmte toepast op een vast / vloeistof-interface, het nuttig vonden om dit fenomeen in dezelfde categorie als kiemkoken.

Aan de andere kant wordt ook gezegd dat vloeistoffen 'koken' in een vacuüm (en hier is een video van, als je ' ben nieuwsgierig - probeer erachter te komen waar de kiemvorming plaatsvindt!). Denk je dat het de mensen van NASA kan schelen of koken warmte nodig heeft als ze werken om de risico's van explosieve decompressie te verminderen? Ik niet.

U wint heel weinig door objectief correcte terminologie te verwachten of de verwachting te geven. Als u wat technisch schrijven over dit onderwerp schrijft en van plan bent onderscheid te maken tussen cavitatie en koken, maak dan uw definities expliciet. Doe uw uiterste best om ervoor te zorgen dat uw definities niet significant afwijken van consensus, of bouw een zeer sterk argument op om ze te ondersteunen.

Ik zie dat je, net als ik, een eenvoudig antwoord wilt. In de ketel wordt het water rond het element verwarmd tot kookpunt, maar het omringende water niet. Stoom kan niet bestaan ​​bij minder dan 100 ° C bij atmosferische druk, dus wanneer de stoom in contact komt met het koelere water, condenseert het onmiddellijk, waardoor er geen dempend effect achterblijft, dus het is als metaal tegen metaal.

Cavitatie hoeft niet gepaard te gaan met verdamping. Een vloeistof zoals hydraulische vloeistof, als de pompinlaat beperkt is, vormen zich vacuümbellen. Omdat er geen lucht in zit om de impact op te vangen, is het opnieuw als metaal tegen metaal. De pomp klinkt alsof het metaalschaafsel knarst. Ook al is het een vloeistof, het heeft een impact zoals metalen & metalen onderdelen zal vermoeien. Het komt ook voor als de stroom over een oppervlak is zoals de zijkant van een bal. & er is niet genoeg druk om het het oppervlak te laten volgen, of het stroomt van de rand van een oppervlak zoals een propeller. De vloeistof wordt van het oppervlak gegooid en er ontstaan ​​vacuümbellen, die vervolgens zonder demping instorten, wat een metaalachtig krakend geluid geeft en de propellerranden erodeert. Het is nog erger voor onderzeeërs. Er staat "Hier ben ik!" aan de vijand. U kunt het effect demonstreren met een tuinslang & een emmer water. Neem het een trap op. verwijder de fittingen en drapeer de slang over de leuning of houd hem diep in de emmer en begin met het hevelen van het water, en sla dan je vinger over de inlaat. Je hoort een zwakke metalen scheur van binnenuit het hoogste deel van de slang terwijl het water blijft stromen en dan weer tegen zichzelf botst.

Ik ben een beetje in de war, als je iets vraagt ​​over pompcavitatie, dan mijn antwoorden: cavitatie met de nadruk op omgekeerd koken (wanneer de damp weer vloeibaar wordt, de instortende luchtbel). Dat is wanneer destructieve actie wordt uitgevoerd, oppervlakte-botsing. Daarom raken onderdelen van de waaier bijna leeg.

Vanuit een corrosiewetenschappelijk standpunt verwijst cavitatie naar wat er gebeurt wanneer een dampbel instort tegen het oppervlak waarop het werd gevormd en daardoor het beschadigt.

De dampbel kan worden gevormd in de gescheiden stroming of "vacuümzak" achter een te hoog toerentalschroefblad of als een lokale dampexplosie op het oppervlak van een heet voorwerp.

In het geval van een heet voorwerp kan de bubbel instorten omdat de bovenkant van de dampbel ver genoeg van het hete oppervlak af beweegt om koelere vloeistof tegen te komen, die condensatie en instorting veroorzaakt (dit is precies wat de ketel of het verwarmingselement doet "brullen" vlak voordat het grootste deel van het water heet genoeg wordt dat het geheel begint te koken) of als de warmtebron abrupt wordt uitgeschakeld onmiddellijk nadat de dampexplosie plaatsvindt. In elk van deze twee gevallen krimpt de bel zeer snel tot een punt en het instromende water erachter raakt dat punt met een druk van ongeveer ~ honderden atmosfeer, op gebieden van ongeveer ~ 1 tot 10 vierkante micron.

De ophoping van cavitatieschade is de belangrijkste oorzaak van defecten in de slijtagemodus in de verwarmingselementen van een thermische inkjetprintkop, waarbij de cavitatie krachtig genoeg is om gaten door het tantaalmetaal en / of siliciumnitride te slaan of hardmetaal die een beschermende laag vormen bovenop de verwarmers.