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气蚀现象:汽化形成的水蒸气“气泡”与水滴石穿

发表时间:2022/05/30 23:30:52  来源:科普记  浏览次数:2811  
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你敢相信一触即破的气泡可以摧毁一艘巨轮吗?

不可思议的气蚀现象!气泡可以摧毁一艘巨轮?这是什么原理?

1902年,当时最先进的驱逐舰下水试航。不久后,舰艇航速下降,驱逐性能也大幅降低。在检查中发现,光滑的螺旋桨变得坑坑洼洼。可明明采用了极耐腐蚀的合金,为什么还会出现这么严重的腐蚀呢?

力学家洛德·瑞利经过10余年的研究发现,造成舰船腐蚀严重的罪魁祸首竟然是水里的气泡。为什么吹弹可破的气泡有这么大的威力?它们又是怎么形成的呢?

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舰艇在水中时,螺旋桨快速旋转,在叶片附近就会形成一片低压区,压力的降低会导致海水不加热就能快速沸腾,同时会产生大量的气泡。这些气泡里不是普通的空气,而是海水瞬间汽化形成的水蒸气,内部压力极大。

在破裂时,能量会集中释放,产生极高的温度和巨大的冲击力,在周围海水的高压下,气泡还会形成像子弹一样的流束。它的速度约为5千米/秒,当持续冲击叶片表面,会产生无数的细孔和裂纹,加快螺旋桨的腐蚀,这种现象就是气蚀现象。

我们常见的水滴石穿,形成的很大原因就是气蚀。通过高速摄像机可以发现,在水滴落地的瞬间,猛烈的撞击下会有无数的气泡产生,气泡高速冲击石头。在长年累月的侵蚀下,再坚硬的石头都会败下阵来。

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气蚀现象还常见于离心泵中。离心泵的叶轮转动会形成低压区,当压力低于液体汽化的压力时,就会引起一部分液体蒸发,产生大量水蒸气气泡。这些气泡在传输进高压区域后,被挤压急速破裂,产生的强烈冲击力可达几千个大气压,会猛烈冲击水管,严重时能将水管击穿。

除了气蚀,离心泵启动时还会产生一种气缚现象。此时泵内气体未完全排出,叶轮转动形成的低压无法将液体吸进来,泵就像被“气体”缚住一样 失去了自吸能力,而电机也会空转烧坏。这种现象和气蚀一样,都会产生剧烈振动和刺耳的噪音,影响泵的正常工作。不过启动前,在泵内灌满液体,就可以有效避免气缚。而避免气蚀却比较复杂,要防止水温过高 压力过低,还要加强材料的强度和韧性,才能降低气蚀危害。

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在长期对抗气蚀危害中,人们也发现了气蚀的用处,气蚀发生时产生的高冲击力气泡,能够有效的清洁污渍。高压水枪、自动洗碗机 、冲牙器等,都是气蚀被合理利用的产物,为生活也带来了极大的便利。

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