Kavitointi

Kavitointi on nesteen tilallinen ilmiö, jossa paikallinen paine laskee alhaisemmaksi kuin nesteen höyrynpaine. Tämän seurauksena nesteeseen muodostuu kuplia, jotka kasvavat paineen laskiessa. Kun paine kohoaa, kuplat romahtavat nopeasti, mikä aiheuttaa voimakkaita paikallisia lämpötilan ja paineen vaihteluita sekä mekaanisia impulssseja. Kavitointi esiintyy yleisimmin nestevirroissa, joissa paine- ja nopeusvaihtelut ovat suuria, kuten pumpuissa, kanavissa ja potkureissa.

Ilmiön syntyyn vaikuttavat tekijät ovat virtausnopeus, paineen vaihtelut, nesteen lämpötila ja höyrynpaine sekä epäpuhtaudet ja pinnan epätasaisuudet, jotka toimivat kavitointinukleaatioina. Hydrodynaaminen kavitointi syntyy, kun virtauksessa paine laskee hetkellisesti höyrynpaineen alapuolelle; sonokavitointi sen sijaan syntyy ultrasonisen säteen aiheuttamasta kuplien kasvusta ja romahtamisesta. Kavitointia tutkitaan kokeellisesti ja numeerisesti; yleisesti käytetään Rayleigh–Plesset -yhtälöä kuplien dynamiikan kuvaamiseen.

Seuraukset voivat olla sekä haitallisia että hyödyntäviä. Haittoihin kuuluu pintavaurio, kuten pitting-erosio, tärinä ja energiahäviöt, mikä heikentää laitteiden suorituskykyä ja käyttöikää. Hyödyntäviä sovelluksia ovat ultrasoninen puhdistus sekä tietyt lääketieteelliset ja vedenkäsittelyyn liittyvät kokeelliset prosessit, joissa kuplien romahtaminen tehostaa reaktioita tai puhdistusta. Kavitointia pyritään hallitsemaan suunnittelulla, virtauksien ja paineprofiilien optimoinnilla sekä oikeanlaisella materiaalivalinnalla; säännöllinen kunnossapito ja epäpuhtauksien vähentäminen vähentävät riskejä.