อะไรคือความแตกต่างของการเกิดโพรงอากาศและการเดือดเป็นปรากฏการณ์ที่แตกต่างกัน?

Cavitation และเดือดเป็นชื่อของปรากฏการณ์ที่ทั้งสองเกี่ยวข้องกับการปรากฏตัวอย่างฉับพลันของฟองของไอน้ำในของเหลวและในทั้งสองกรณีพวกเขาเกิดขึ้นเมื่อความดันอุทกสถิตในท้องถิ่นต่ำกว่าความดันไอของของเหลว แต่ไม่ได้หมายความว่าพวกเขา สิ่งเดียวกัน.

ในวิดีโอขององค์ประกอบความร้อนไฟฟ้าในน้ำนี้ระหว่าง 01:00 - 02:00 น. เสียงที่เกิดจากการยุบฟองอย่างรวดเร็วจะดังขึ้นและดังขึ้น แต่มีฟองที่มองเห็นไม่กี่ กระบวนการที่ทำให้เกิดเสียงนี้ถือเป็นการเดือดหรือการเกิดโพรงอากาศหรือไม่? ความแตกต่างคืออะไร?

ฉันได้ทิ้งคำตอบชั่วคราวไว้สำหรับคำถามที่เกี่ยวข้องในไซต์ SE อื่น: จริง ๆ แล้วเครื่องยนต์ขับเคลื่อนแบบ sub-cooled จะลดการเกิดโพรงในปั๊มเทอร์โบและทำให้อาหารง่ายขึ้นได้อย่างไร ฉันไม่สามารถพาตัวเองยอมรับคำตอบสำหรับคำถามที่เริ่มต้นด้วยการอ้างสิทธิ์ว่า "cavitation กำลังเดือด"

ถึงแม้ว่ามันจะเกี่ยวข้องกัน แต่สิ่งที่แยกความแตกต่างของการเกิดโพรงอากาศและการเดือดเป็นปรากฏการณ์ที่แตกต่างกันคืออะไร?

วิศวกรเครื่องกลที่นี่อดีตนาวิกโยธินสหรัฐฯ คำจำกัดความของตำราเรียนของ cavitation คือจากการฝึกอบรมนิวเคลียร์ของฉัน:

การก่อตัวและการยุบตัวของฟองไอในขณะที่ความดันดูดตกต่ำกว่านั้นจะเพิ่มขึ้นเหนือความดันอิ่มตัว

คำจำกัดความนี้หมายถึงแรงดันดูดในปั๊ม แต่ฉันจะพูดโดยทั่วไปและเห็นได้ชัดกับโปสเตอร์อื่น ๆ ส่วนใหญ่ที่นี่ว่า cavitation หมายถึงการก่อตัวและการยุบตัวของฟองไอมากกว่าที่จะเป็นอย่างไร .

ตอนนี้ฉันเข้าใจว่าผลของการเกิดโพรงอากาศมักเกิดขึ้น (หรือถูกกล่าวถึงมากที่สุดเมื่อมันเกิดขึ้น) ในปั๊มและใบพัด แต่มันก็เกิดขึ้นในน้ำเดือด

เมื่อคุณนำน้ำไปต้มในขั้นต้นมันจะเงียบและไม่มีฟอง ในบางจุดที่เปลี่ยนแปลง (จุดเดือด nucleate) ฟองแบบฟอร์มบนด้านล่างของกระทะที่แยกตัวออกมา แต่การล่มสลายก่อนที่จะถึงพื้นผิว การเดือดแบบนี้ (เรียกว่าเคี่ยวในแง่การทำอาหาร) สามารถเรียกได้อย่างถูกต้องว่าเป็น cavitation นี่เป็นช่วงที่มีเสียงดังมากในกระบวนการเดือด - นี่คือช่วงเวลา "ที่มีเสียงดัง" ในวิดีโอของ OP

หลังจาก cavitation มา (สำหรับการปรุงอาหารอย่างน้อย) ขั้นตอนการเดือดครั้งสุดท้ายซึ่งของเหลวจำนวนมากเดือดและฟองจะถึงพื้นผิวของน้ำ (ออกจากการเดือดของนิวเคลียส) แม้จะมีการปรากฏเดือดที่จะแข็งแรงมากขึ้นนี้เป็นที่เงียบสงบมากจริงเพราะการเกิดโพรงอากาศจะไม่เกิดขึ้นอีกต่อไป

คาวิเทชั่นเป็นเสียงกระตุกของน้ำทำให้เดือดก่อนที่จะเดือด เมื่อเดือดเต็มแล้วฟองไอน้ำจะไปถึงผิวน้ำและคุณภาพของเสียงจะเปลี่ยนไปจากการกระตุกไปเรื่อย ๆ

จากข้อมูลทั้งหมดที่กล่าวมามีการพูดคุยกันหลายเรื่องเกี่ยวกับการต้มเป็นการใช้ความร้อนและการเกิดโพรงอากาศเกี่ยวกับการลดความดัน อีกครั้งการลดความดัน (ต่ำกว่าความอิ่มตัว) เป็นสาเหตุของการเกิดโพรงอากาศ แต่การลดความดันไม่ใช่คำจำกัดความของการเกิดโพรงอากาศ

คำสำหรับการสร้างฟองไอโดยการลดความดันเรียกว่าการกลั่นแบบแฟลชหรือแฟลชระเหย ระยะสำหรับการสร้างฟองไอจากความร้อนที่เพิ่มขึ้นจะเรียกว่าเดือด

คำว่า cavitation หมายถึงการก่อตัวและการล่มสลายของไอฟองที่ตามมา Cavitation เกิดขึ้นในปั๊มน้ำในหม้อสปาเก็ตตี้ในใบพัดเรือดำน้ำ ฯลฯ โดยไม่ จำกัด เพียงโหมดการสร้าง (ความดันหรือความร้อน) วิดีโอในโพสต์ของ OP แสดงให้เห็นถึงการเกิดโพรงในระหว่างกระบวนการเดือด

: แก้ไข:

ฉันรู้สึกถูกท้าทายจากความคิดเห็นของแอร์การสร้างแหล่งกำเนิดสำหรับคำจำกัดความของการเกิดโพรงอากาศที่ฉันให้ไว้ที่นี่ บรรทัดที่ฉันอ้างถึงข้างต้นนั้นได้รับการจดจำตั้งแต่ประมาณ 15 ปีที่แล้วในขณะนี้ ฉันมี (เอกสารบนชั้นวางหนังสือที่บ้าน) เอกสารทางเทคนิคที่ไม่ได้จัดประเภทอย่างย่อที่เราได้รับในตอนท้ายของหลักสูตรฝึกอบรมนิวเคลียร์เพื่อการอ้างอิงส่วนบุคคล ในการพยายามค้นหาคู่มือนี้แบบออนไลน์ฉันพบเว็บไซต์สิ่งพิมพ์ทางเทคนิคที่ดูเหมือนจะทำซ้ำเนื้อหาบางส่วนที่เราสอนในโครงการฝึกอบรมพลังงานนิวเคลียร์

เล่มแรกของวิทยาศาสตร์เชิงกลมีส่วนเกี่ยวกับการเกิดโพรงอากาศที่ระบุ

หากแรงดันตกคร่อมมีขนาดใหญ่พอหรือถ้าอุณหภูมิสูงพอแรงดันตกอาจเพียงพอที่จะทำให้ของเหลวกลายเป็นไอเมื่อความดันภายในลดลงต่ำกว่าแรงดันอิ่มตัวสำหรับของเหลวที่ถูกสูบ ฟองไอใด ๆ ที่เกิดขึ้นจากแรงดันตกที่ตาของใบพัดจะถูกกวาดไปตามใบพัดของใบพัดโดยการไหลของของเหลว เมื่อฟองอากาศเข้าสู่บริเวณที่ความดันในท้องถิ่นมากกว่าความดันอิ่มตัวไกลออกไปจากใบพัดใบพัดฟองไอจะยุบตัวลงทันที กระบวนการก่อตัวและการยุบตัวของฟองไอในปั๊มเรียกว่า cavitation

(เน้นโดยเพิ่ม) คำจำกัดความที่เราได้รับคำสั่งให้ท่องจำ (ตามที่ฉันยกมาที่ด้านบน) เป็นคำย่อของคำแถลงนี้สำหรับการทำซ้ำในการสอบ

ขณะนี้ไม่มีแหล่งที่มาบนเว็บไซต์นี้โดยเฉพาะที่ปริมาณการอ้างอิงแบ่งออกตามส่วนที่เนื้อหานี้มา แต่ที่ด้านบนของหน้าจะได้รับเอกสาร DOE "DOE-HDBK-1018/1"

คุณสามารถดูหมายเลขนั้นและค้นหาเอกสารที่โพสต์ไว้ในเว็บไซต์ของกระทรวงพลังงานซึ่งสามารถอ่านข้อความนั้นได้ในหน้า 12

นอกจากนี้เกี่ยวกับความคิดเห็นเกี่ยวกับ "อุตสาหกรรมที่ไม่ส่งผลกระทบต่อกองทัพเรือสหรัฐฯ" สำเนาที่โฮสต์บนเว็บไซต์ DOE ประกอบด้วยคำนำและภาพรวมที่ระบุว่าเนื้อหาดังกล่าวจัดทำขึ้นด้วยข้อมูลจากอุตสาหกรรมนิวเคลียร์และมีไว้สำหรับใช้ในการฝึกอบรม ผู้ประกอบการนิวเคลียร์ ดังนั้นบางอุตสาหกรรมไม่ได้ใช้คำจำกัดความของการเกิดโพรงอากาศที่ฉันได้ให้ไว้ แต่อุตสาหกรรมนิวเคลียร์ทำและดูเหมือนว่า (จากความคิดเห็นของ Bryon Wall ) ที่อุตสาหกรรมเคมีทำเช่นกัน

ฉันคิดว่านี่เป็นเรื่องเกี่ยวกับภาษามากกว่าฟิสิกส์ ปรากฏการณ์ทางกายภาพพื้นฐาน - ระยะเปลี่ยนจากของเหลวเป็นแก๊สเมื่อความดันไอเท่ากับความดันไฮโดรสแตติกในของเหลว - จะเหมือนกันสำหรับการเดือดและการเกิดโพรงอากาศ

โดยทั่วไปการใช้งาน (ไม่ใช่ทางวิทยาศาสตร์) "เดือด" หมายถึงการให้ความร้อนของเหลวจนกว่าความดันไอจะเท่ากับความดันภายในของของเหลว ในกรณีส่วนใหญ่ "ที่ไม่ใช่วิทยาศาสตร์" ความร้อนจะทำที่ (ประมาณ) ความดันคงที่ด้วยการเชื่อมต่อระหว่างของเหลวและก๊าซ (เช่นน้ำและอากาศ) และของเหลวที่ระเหย (ไอน้ำ) ออกจากของเหลวและผสมกับก๊าซ ถ่ายโอนความร้อนจากของเหลวไปยังก๊าซ

ในทางตรงกันข้าม "cavitation" คือการลดความดันในของเหลวที่อุณหภูมิคงที่ (ประมาณ) เช่นเดียวกับการต้มของเหลวบางส่วนจะระเหยเมื่อความดันของของเหลวเท่ากับความดันของไอ แต่ไม่สามารถหนีไปได้ทุกที่เพราะของเหลวรอบ ๆ นั้นมีความดันสูงกว่า หากฟองของไอเริ่มเคลื่อนผ่านของเหลวในไม่ช้าก็จะถึงจุดที่ความดันของเหลวสูงขึ้นและมันจะยุบกลับสู่ของเหลว

คลื่นความดันฉับพลันในของเหลวซึ่งสร้างขึ้นเมื่อฟองอากาศยุบตัวอาจทำให้เกิดความเสียหายต่อส่วนประกอบของโลหะเช่นตัวขับเคลื่อนกังหันน้ำเป็นต้น

คำตอบสั้น ๆ คือ cavitation และเดือดทั้งคู่หมายถึงการเปลี่ยนสถานะจากของเหลวเป็นก๊าซที่ทำให้เกิดฟองอากาศในรูปแบบที่ cavitation ถูกผลักดันโดยความดันลดลงและเดือดเป็นแรงผลักดันโดยการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ สำหรับการอ้างอิงโปรดดูCavitation และ Bubble Dynamicsหน้า 1:

วิธีที่หยาบ แต่มีประโยชน์ในการจำแนกกระบวนการทั้งสองนี้คือการกำหนดคาวิเทชันเป็นกระบวนการของนิวคลีออนในของเหลวเมื่อความดันลดลงต่ำกว่าความดันไอในขณะที่กระบวนการเดือดเป็นกระบวนการของนิวเคลียสที่เกิดขึ้นเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น อุณหภูมิไอ / ของเหลวอิ่มตัว แน่นอนจากมุมมองพื้นฐานทางกายภาพมีความแตกต่างกันเล็กน้อยระหว่างสองกระบวนการ ... ความแตกต่างในกระบวนการทั้งสองเกิดขึ้นเนื่องจากปัจจัยแทรกซ้อนที่แตกต่างกันที่เกิดขึ้นในการไหลของการเกิดโพรงในมือข้างหนึ่งและในการไล่ระดับอุณหภูมิ และผลกระทบผนังที่เกิดขึ้นในการเดือดในมืออื่น ๆ

หากคุณต้องการทราบว่าการแยกความแตกต่างนี้มีประโยชน์อย่างไรข้อความฉบับเต็มของหนังสือรุ่นเก่ามีให้บริการผ่านเว็บไซต์ห้องสมุด Caltech การค้นหาฉบับล่าสุดที่ห้องสมุดไม่ควรเป็นเรื่องยากเพราะ Google Scholar อ้างถึงงานนี้เกือบ 3,000 ครั้ง

คำตอบยาวเริ่มต้นด้วยการสังเกตว่าคำพูดนี้ไม่ได้หลอกว่าจะให้เฉพาะคำจำกัดความของการเกิดโพรงอากาศและเดือด; มันเสนอวิธีหนึ่งในการกำหนดอย่างชัดเจนว่าเป็นสองกระบวนการที่ "หยาบ แต่มีประโยชน์" ฉันคาดว่า Dr. Brennen จะยอมรับว่ามีบริบทที่คำจำกัดความอื่นมีประโยชน์มากกว่า

โดยทั่วไปแล้วคำว่า "cavitation" อาจหมายถึงลักษณะที่ปรากฏตามธรรมชาติของฟันผุ (หรือที่เรียกว่าช่องว่างหรือฟองอากาศ) ภายในของเหลว หากคุณกำลังศึกษาว่าวัสดุหรือรูปทรงพื้นผิวแตกต่างกันส่งเสริมหรือปราบปรามนิวคลีออนนี่อาจเป็นคำนิยามที่มีประโยชน์สำหรับคุณมากกว่าที่ไม่รวมถึงความร้อน

ในความหมายที่เข้มงวดกว่านี้ "cavitation" อาจหมายถึงเซตย่อยของอดีตที่เกิดขึ้นที่อุณหภูมิค่อนข้างคงที่ในสถานะของอินเตอร์เฟซที่เป็นของแข็งซึ่งต่อมาระเบิดและก่อให้เกิดการสึกหรอบนชิ้นส่วนเครื่องจักรกล หากคุณกำลังสร้างระบบขับเคลื่อนสำหรับเรือดำน้ำนี่อาจเป็นคำนิยามที่มีประโยชน์มากกว่าทั้งสองข้อก่อนหน้านี้

คำว่า "เดือด" ก่อนวันที่อุณหพลศาสตร์ที่ทันสมัยดังนั้นเราไม่ควรแปลกใจถ้ามันยากที่จะตรึงลง โดยทั่วไปเราคิดว่าการเดือดเป็นกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับฟอง แต่การเดือดของฟิล์มเป็นข้อยกเว้น - ชัดเจนว่าผู้คนกำลังทำการวิจัยว่าเกิดอะไรขึ้นเมื่อคุณใช้ความร้อนจำนวนมากที่ส่วนต่อประสานที่เป็นของแข็ง / ของเหลวคิดว่ามันมีประโยชน์ในการทำให้เกิดปรากฏการณ์นี้ การต้ม

ในทางกลับกันของเหลวก็ถูกกล่าวว่าเป็น "ต้ม" ในสุญญากาศ (และนี่คือวิดีโอของเรื่องนั้นหากคุณสงสัย - ให้พยายามทำให้เกิดที่นิวเคลียสเกิดขึ้น!) คุณคิดว่าคนในนาซาสนใจหรือไม่ว่าการต้มเดือดนั้นต้องใช้ความร้อนเมื่อทำงานเพื่อลดความเสี่ยงที่เกิดจากการบีบอัดแบบระเบิดหรือไม่? ฉันไม่.

คุณได้รับน้อยมากจากการคาดหวังหรือให้คำศัพท์ที่ถูกต้องอย่างเป็นกลาง หากคุณกำลังเขียนเชิงเทคนิคเกี่ยวกับเรื่องนี้และตั้งใจที่จะแยกแยะระหว่าง cavitation และเดือดเพียงแค่ทำให้คำจำกัดความของคุณชัดเจน ทำเนื่องจากความขยันของคุณเพื่อให้แน่ใจว่าคำจำกัดความของคุณไม่ได้ออกอย่างมีนัยสำคัญจากฉันทามติหรืออื่น ๆ สร้างอาร์กิวเมนต์ที่แข็งแกร่งมากที่จะสนับสนุนพวกเขา

ฉันเห็นเช่นเดียวกับคุณคุณต้องการคำตอบง่ายๆ ในกาต้มน้ำน้ำจะร้อนถึงจุดเดือดรอบ ๆ องค์ประกอบ แต่น้ำที่อยู่รอบ ๆ ไม่ใช่ ไอน้ำไม่สามารถอยู่ที่ความดันบรรยากาศต่ำกว่า 100 °ซดังนั้นเมื่อไอน้ำสัมผัสกับน้ำเย็นมันจะควบแน่นทันทีโดยไม่เกิดการกระแทกจึงเหมือนกับโลหะกับโลหะ

Cavitation ไม่จำเป็นต้องเกี่ยวข้องกับการระเหย ของเหลวเช่นของเหลวไฮดรอลิกถ้าปั๊มทางเข้าถูก จำกัด เนื่องจากไม่มีอากาศในการรองรับแรงกระแทกอีกครั้งจึงเหมือนกับโลหะกับโลหะ ปั๊มดูเหมือนจะเป็นเศษซากโลหะที่กระทืบ แม้ว่ามันจะเป็นของเหลว แต่มันจะกระทบเหมือนโลหะและจะทำให้ชิ้นส่วนโลหะอ่อนล้า นอกจากนี้ยังเกิดขึ้นหากการไหลอยู่เหนือพื้นผิวเช่นด้านข้างของลูกบอล & มีแรงกดดันไม่เพียงพอที่จะเก็บมันไว้ตามพื้นผิวหรือมันไหลออกมาจากขอบของพื้นผิวเหมือนใบพัด ของเหลวถูกโยนออกจากพื้นผิวและฟองอากาศสูญญากาศจากนั้นยุบโดยไม่มีการกระแทกทำให้เกิดเสียงแตกของโลหะและกัดเซาะขอบใบพัด มันยิ่งเลวร้ายสำหรับเรือดำน้ำ มันบอกว่า "ฉันอยู่นี่แล้ว!" เพื่อศัตรู คุณสามารถแสดงผลด้วยท่อสวนและถังน้ำ ขึ้นบันไดของเที่ยวบิน ถอดอุปกรณ์ออกและผ้าม่านพันท่อหรือราวไว้ในถังแล้วเริ่ม syphoning น้ำจากนั้นกดนิ้วของคุณเหนือปากน้ำ คุณจะอยู่ที่นี่รอยแตกโลหะจาง ๆ จากด้านในส่วนสูงสุดของท่อในขณะที่น้ำไหลไปเรื่อย ๆ แล้วกระแทกกลับเข้าหาตัวเอง

ฉันสับสนเล็กน้อยถ้าคุณถามเกี่ยวกับปั๊ม cavitation แล้ว ans ของฉัน: cavitation เน้นที่การต้มแบบย้อนกลับ (เมื่อไอน้ำเป็นของเหลว นั่นคือเมื่อกระทำการทำลายล้างเกิดการกระทบพื้นผิว นั่นเป็นสาเหตุที่ทำให้ชิ้นส่วนใบพัดชำรุดเสียหายใกล้ทางออก