kavitaatio

Kavitaatio on nesteessä esiintyvä ilmiö, jossa paikallinen paine laskee riittävän alas höyrynpainetasoa tai vesihöyryn muodostumisen kynnystä, jolloin nesteeseen muodostuu pienikokoisia kaasukuplia. Nämä kuplat voivat kasvaa ja romahtaa nopeasti virtausolosuhteiden muuttuessa, mikä vapauttaa energiasta aiheutuvia paineiskuja, lämpöä sekä mikrovirtauksia.

Ilmiö jaetaan tavallisesti kahteen päätyyppiin: inertiaaliseen (inertiaalisesti kasvava ja romahtava kuplia) kavitaatioon sekä stabiiliin kavitaation ilmenemiseen (pienet kuplat pysyvät suhteellisen vakaana ja romahtavat harvoin voimakkaasti). Kuplien muodostuminen edellyttää höyrynpaineen ja kiinteän nesteen koostumuksen aiheuttamaa nucleationia; epäpuhtaudet, pintojen karheus sekä suuret paine- ja virtausgradientit helpottavat prosessia. Vaikka kavitaatio voi syntyä missä tahansa virtaavissa nesteissä, sen esiintyminen on yleisintä laitteissa, joissa painevaihtelut ovat suuria.

Käytännön merkitys ilmenee sekä haittoina että hyötyinä. Haittoja: kavitaatio aiheuttaa kavitatiivista kulumista ja korroosiota laitteiden kuten potkureiden, pumppujen ja venttiilien osissa sekä lisää melua ja energiankulutusta. Hyötyjä: kontrolloidulla kavitaatiolla voidaan tehostaa nesteiden puhdistusta, nesteiden desinfiointia ja materiaalien rikkomista; lääketieteessä sekä sono- että hydrodynaaminen kavitaatio hyödynnetään esimerkiksi lääkkeiden kohdentamiseen, kudosten rikkomiseen sekä kivien hajoittamiseen litotripsiassa.

Diagnostiikka ja ehkäisy perustuvat akustisiin mittauksiin, kuvantamiseen sekä kuplien dynamiikan mallintamiseen. Suunnittelussa vältetään liialliset paineistusalitukset ja virtausnopeudet, tai vaihtoehtoisesti hyödynnetään kavitaation siirtovaikutuksia suunnitelmallisesti käyttökohteissa.