Team udvikler ny matematisk ligning til at forudsige kavitation

Et populært baggård videnskabeligt eksperiment førte et team af eksperter i væskedynamik til en ny matematisk formel, der mere præcist forudsiger kavitation og dens skadelige virkninger.

En almindelig synder i beskadigede vandrør og skibspropeler, kavitation er dannelsen og sammenbruddet af gasformige bobler, der dannes i væsker. Kavitation kan også forekomme inde i en langhalset glasflaske. Slå toppen af ​​en væskefyldt flaske, for eksempel, kan knuse bunden, efterlader forskere tørstige efter svar.

Nu eliminerer forskere mysteriet om accelerationsinduceret kavitation med en nyligt offentliggjort undersøgelse og matematikligning, der viser, at acceleration af en væske kan forårsage kavitation. Deres resultater blev offentliggjort den 24. juli i Procedurer fra National Academy of Sciences .

"Hvis du søger efter svar bag det flaske -trick, du får en række teorier, sagde Dr. Tadd Truscott, en lektor i maskinteknik ved Utah State University og forsker ved skolens Splash Lab. "Nogle hævder, at din hånd tvinger luft ind i flasken, som trykker på den og lukker den, tvinger bunden til at blæse ud. Dette er ikke tilfældet."

Truscott siger, at energi fra en impulsiv kraft på flasken overføres til væsken og forårsager et fald i dets statiske tryk. Når trykket falder, en væske kan koge ved en meget lavere temperatur, giver anledning til dampbobler, der dannes inde i flasken. Når det indre tryk udlignes, kavitationsboblerne kollapser i bittesmå, men voldsomme chokbølger. "At kunne forudsige begyndelsen af ​​kavitation ville være ekstremt værdifuldt i mange applikationer, "Tilføjede Truscott." Kavitation fra væskeacceleration sker i underjordiske rør og ventiler, marine propeller; selv nogle hjerneskader er resultatet af accelerationsinduceret kavitation. "

Men den traditionelle kavitationsformel, der blev brugt i årtier i fysiklokaler, forudsiger ofte forkert, at kavitation i væsker accelereres over en meget kort periode.

"Den traditionelle formel ville fortælle os, at kavitation ikke sker ved at slå din håndflade mod toppen af ​​en flaske, "Tilføjede Truscott." Men erfaringen fortæller os noget andet. Flasken går normalt i stykker, og nu har vi fotografiske tegn på, at der dannes kavitationsbobler nær bunden af ​​flasken og deres efterfølgende kollaps og chokbølger. Dette fortæller os, at det konventionelle kavitationsnummer ikke altid fungerer korrekt. "

Truscott og hans team - bestående af forskere ved USU, Tokyo University of Agriculture and Technology og Brigham Young University - har udtænkt en ny ligning, der overvejer væskens dybde og dens acceleration. Forskere i Japan og Utah gennemførte lignende kavitationsforsøg og fik identiske resultater. Gruppen siger, at deres nye ligning korrekt definerer fysikken i begyndelsen af ​​kavitation.