Czas powstawania pojedynczego pęcherzyka kawitacyjnego i jego rozwoju mierzymy w tysięcznych częściach sekundy a zanik jest jeszcze szybszy.
Kawitacji towarzyszą ciekawe efekty akustyczne które możemy zarejestrować zmysłem słuchu ( szumy i trzaski ), jest ona jednym z głównych źródeł hałasu na łodziach podwodnych czy w instalacjach wysokociśnieniowych.
Wpływ na zapoczątkowanie zjawiska ma nie tylko ciśnienie czy temperatura ale także ( rodzaj wody, prędkość strugi opływającej ciało, gęstość wody, lepkość wody ).
W normalnych warunkach przy pracy urządzeń kawitacja jest zjawiskiem niepożądanym ponieważ implozja pęcherzyków pary posiada ogromną siłę niszczącą powodując erozje a nawet niszczenie, pękanie elementów urządzeń.
Kawitacja jest też źródłem wielu korzyści. Znalazła zastosowanie w produkcji emulsji powodując dokładne jej mieszanie i łączenie się cząsteczek, czyszczeniu powierzchni.
Kawitacja znajduje też zastosowanie w bardziej przyjaznych rzeczach.
Jedną z takich rzeczy jest pompa kawitacyjna (pompa hydrosoniczna). Urządzenie to zamienia energię mechaniczną na energię cieplną (czyli parę wodną lub ciepłą wodę). Jest to urządzenie mające sprawność nie mniejszą niż 100% co oznacza, że nie ma strat energii podczas tej wymiany. Wynalazcą i człowiekiem który to opatentował jest Jim Griggs.
Z informacji jakie posiadamy wynika, że taka pompa jest już dostępna w Polsce. Jej rozwój obserwowany był w Rosji, gdzie obecnie korzystają z nich całe osiedla mieszkalne.
Pompa składa się z wirnika w postaci walca, na którego bocznej powierzchni nawiercone są otwory. Walcowa (w postaci krótkiej rury) obudowa zamknięta jest dwoma talerzowymi pokrywami, w których osadzone są łożyska i uszczelnienia wału wirnika. W pokrywach, obudowie znajdują się otwory: wlotowy i wylotowy, przez które przepływa woda (lub inna ciecz). Wirnik jest takiej wielkości, aby między obudową i bocznymi pokrywami była pewna niewielka przerwa. Do pompy kawitacyjnej tłoczona jest woda (przez zwykłą pompę do wody, np. od instalacji centralnego ogrzewania). Gdy wirnik zaczyna się obracać woda wypływa pod wpływem siły odśrodkowej z jego otworów (prędkość obrotowa powinna być odpowiednio duża), w których wytwarza się niskie ciśnienie - następuje obniżenie temperatury wrzenia wody i powstają tysiące małych pęcherzyków pary. Woda wyrzucana z jednego otworu wpada do następnego i tak w kółko. W pracujących pompach zaobserwowano, że pęcherzyki nie ulegają implozji przy powierzchni wirnika (nie niszczą go), lecz głównie w otworach wirnika, w samej wodzie. Powoduje to, że cała energia implozji bąbla pary i wzrostu punktowego ciśnienia (do 100÷1000 MPa) jest przejmowana przez wodę, w postaci wzrostu temperatury. Im większa prędkość obrotowa tym większa temperatura cieczy. Ponieważ w pompie powstaje i zanika tysiące pęcherzyków, woda bardzo szybko zwiększa swoją temperaturę tak, że wrze i z pompy wypływa para lub (w zależności od prędkości podawania wody do pompy) ciepła woda. Pompę można wykorzystać do ogrzewania, destylacji (np. zamiana słonej wody na pitną), szybkiej pasteryzacji, produkcji różnych związków chemicznych (na wejście podajemy dwa różne związki, a na wyjściu otrzymujemy trzeci powstały w wyniku ich reakcji pod wpływem temperatury), do produkcji papieru, mieszania różnych substancji (np. płynu z płynem, płynu z gazem), rafinacji ropy, produkcji biodiesela.
W I połowie 2006 r. badający pompę w Politechnice Poznańskiej stanęli przed ciekawym problemem dotyczącym zachowania się wody po przejściu przez urządzenie. Okazało się, ze woda na wyjściu z "pompy hydrosonicznej" zmienia swoje właściwości. Badano wartość napięcia powierzchniowego, porównując to jakie woda ma przed urządzeniem z tym jakie ma po przejściu przez pracującą "pompę". Wartość napięcia powierzchniowego na wyjściu z urządzenia okazała się wyższa, niż być powinna z punktu widzenia temperatury wody. W tej chwili próbuje się opracować badania, które mogłyby dać odpowiedź na pytanie, jak to się dzieje, że napięcie powierzchniowe wody zmienia się inaczej niż wynikałoby to z samej tylko zmiany temperatury wody.
Z wykonanych obliczeń wynika, że zjawiska występujące wewnątrz urządzenia w trakcie jego pracy, w jakiś sposób rekompensują straty energii związane z zamianą energii elektrycznej na ciepło. Badający obecnie nie wiedzą co jest przyczyna takiego stanu rzeczy, ale wydaje się im, że jakiś udział ma w tym zmiana własności wody jako ośrodka, w którym zjawisko kawitacji zachodzi. Ich zdaniem nie powinno się rozpatrywać pompy jako osobnego urządzenia, ponieważ jego integralną częścią musi być zespół napędowy. Sugerują, że lepiej mówić o sprawności całego agregatu (silnik i pompa), ponieważ nie wiadomo (poza silnikiem) jaki udział w stratach energii maja poszczególne elementy układu.
Tak więc podany wyżej współczynnik sprawności bliski jedności (100%), to sprawność całego zespołu silnik - pompa kawitacyjna, biorąc pod uwagę, że silniki elektryczne mają sprawności poniżej jedności, np. 0,8-0,9, to znaczy, że pompa musiała nadrobić jego straty więc jej sprawność musi być powyżej 1 (100%) np. 1,1-1,2.
Pompa kawitacyjna może być napędzana dowolnym źródłem energii mechanicznej, np. silnikiem elektrycznym, wiatrakiem (bezpośrednio z wału na dole przy podstawie wieży, masztu wiatraka). Należy tak dobrać wielkość wirnika pompy i prędkość obrotową silnika napędzającego, by osiągnąć odpowiednią prędkość obwodową wirnika. Można zastosować przekładnię (dowolną), lepiej jednak aby silnik napędzał pompę bezpośrednio - mniejsza złożoność i większa niezawodność.
Pompa kawitacyjna jest urządzeniem o niewielkich rozmiarach, prostej i trwałej konstrukcji. Nie ma tu spalania, grzałek elektrycznych. Jest bezpieczna i przyjazna dla środowiska. Niezwykle prosta w obsłudze - wystarczy włączyć przycisk - całą pracą steruje układ elektroniczny (możliwość utrzymywania stałej temperatury z dokładnością 1°C). Nie ma spalania - brak zagrożenia wybuchem, szkodliwych gazów, popiołów. Ponieważ najbardziej gorącym elementem jest woda (ciepło jest generowane wewnątrz płynu - czyli tam gdzie jest potrzebne; wszystkie części mają zawsze trochę niższą temperaturę - mała różnica temperatur) oraz ze względu na czyszczące działanie kawitacji nie osadzają się zanieczyszczenia (kamień) na elementach pompy, tak jak to ma miejsce w bojlerze, piecu c.o. itp.
W 1994 przeprowadzono szczegółowe śledztwo w tej sprawie, nadzorował to oficer śledczy Jed Rothwell - przez 20 minut zużyto 4.8 kWh energii elektrycznej na wejściu wytwarzając 19050 BTU energii cieplnej co odpowiada 5.58 kWh, czyli 117% energii wejściowej ( !!! ), faktycznie nawet więcej jeśli uwzględni się, że na silniku elektrycznym występują straty (dostarczona energia mechaniczna jest trochę mniejsza od pobranej energii elektrycznej).
Urządzenie Griggsa badał profesor Keizios, dziekan honorowy "Department of Mechanical Engineering at Georgia Institute of Technology", który był prezydentem "American Society of Mechanical Engineers". Nadzorował on projekt aparatury mierzącej pobieraną i wytwarzaną energię przez pompę Griggsa - maksymalną sprawność jaką udało się uzyskać w warunkach laboratoryjnych to 1,6 (czyli 60% więcej niż włożyliśmy energii; specjalne wykonanie pompy, izolacja cieplna itp.).
W Rosji też są prowadzone badania nad zjawiskiem kawitacji i zaadoptowania go w służbie ludzkości.
Uczeni rosyjscy utrzymują, że w ruchach wirowych materii w przyrodzie, np. trąbach powietrznych, piorunach kulistych czy wirach morskich, zachodzą procesy fizyczne z wydzielaniem mocy przekraczającej moc doprowadzoną do ich wytworzenia. Chociaż natura tych zjawisk nadal oczekuje na ostateczne wyjaśnienie, to powyższe spostrzeżenie już skierowało poszukiwania naukowców ku układom technicznym, w których możliwe byłoby uzyskanie podobnych efektów. Oczekiwania te okazują się - zdaniem licznych naukowców - trafne: badania wykonane w niektórych zamkniętych obiegach wodnych pozwoliły na wykrycie przez nich nadwyżek wydzielanego ciepła w porównaniu z ilością energii zużytą na podtrzymanie cyrkulacji i zawirowania wody. Według jednego z twórców wirowych generatorów ciepła akademika J. S. Potapowa, podobne efekty mogą zdumiewać tylko laików; fizycy znają bowiem około 220 zjawisk, w których współczynnik sprawności przewyższa 1. Pełniejsze wykorzystanie tego swoistego daru natury w układach WGTG następnych generacji powinno przynieść - zdaniem zwolenników tej technologii - wielokrotny wzrost ich sprawności, nawet do kilkuset procent.
/ W najbliższym czasie ukaże się kolejny artykuł przybliżający prawdę o powstawaniu różnicy napięć w cieczy przy różnych poziomach ciśnienia panujących na końcach naczynia. Teoria ta jest kolejnym krokiem do budowy urządzenia wytwarzającą "darmową energię "/
SUPERKAWITACJA
O superkawitacji mówimy wówczas jeśli cały bąbel pary opływa dane ciało a raczej ciało znajduje się we wnętrzu takiego bąbla, tworzony jest tunel powietrzny w którym mogą się poruszać pociski podwodne napędzane silnikami rakietowymi.
Zjawisko superkawitacji jest szczególnym przypadkiem kawitacji. Generalnie kawitacja jest zjawiskiem powszechnie unikanym i nie pożądanym przez inżynierów, ale nie w tym przypadku. A powód jest prosty: aby pocisk poruszający się w wodzie pozbawiony był oporów jakie stawia przed nim opływający ją płyn (np. woda). Każdy zdaje sobie sprawę z siły jaką trzeba włożyć by poruszać się na ziemi w powietrzu i jaką siłę trzeba włożyć by poruszać się w wodzie. Dlatego też jeśli będzie możliwe stworzenie z otoczenia w jakim porusza się ciało, bąbla gazu, to spowoduje to, iż ciało będzie mogło się poruszać w wodzie praktycznie bez oporów. Do tego, by możliwe było stworzenie tego zjawiska, używane są kawitatory (urządzenia mające różne kształty za pomocą których mają być wytwarzane wnęki superkawitacyjne). Wnęki ta mają mieć określoną minimalną wartość po to, by wytworzony bąbel mógł opłynąć całe ciało przed jego zapadnięciem. Kolejnym problemem jest nie równomierny rozkład ciśnień wewnątrz pęcherza. Prace nad tym zjawiskiem od dawna są prowadzone przez Rosjan (których pierwszą torpeda była "Szkwał"), a Amerykanie starają się ich dogonić w tych badaniach.
Trzeba zdać sobie sprawę że państwo które będzie w posiadaniu takiej bomby, może zmienić warunki walki na morzu w taki sposób, że przeciwnik nie będzie w stanie się przed nim obronić. Wystarczy sobie wyobrazić wystrzelenie torpedy, która będzie poruszać się z prędkością taką jak w powietrzu i porównać ją z możliwością manewrową współczesnych łodzi podwodnych (albo zdziwienie pilota samolotu odrzutowego do którego z wody wystartuje rakieta poruszająca się z dużą prędkością).
Prawdopodobnie ten rodzaj torpedy był odpowiedzialny za zatonięcie okrętu podwodnego KURSK
Według rosyjskich wojskowych w luku torpedowym "Kurska" mogła eksplodować torpeda 65-67 kalibru 650 mm. Torpeda ta ma w rosyjskiej marynarce bardzo złą opinię. Uważana jest za niestabilną, wręcz wadliwą i wymagającą szczególnie ostrożnego traktowania. Być może jednak, chodziło o całkiem inną torpedę. Zachodni eksperci od broni podwodnej są zdania, że podczas ćwiczeń, w trakcie których doszło do zatonięcia "Kurska", Rosjanie postanowili przetestować nowy rodzaj broni - torpedę „Szkwał”.
Zamiast po prostu płynąć w wodzie, torpeda ta miała "lecieć" w otoczeniu wytwarzanych przez nią bąbli powietrza. Według samych Rosjan torpeda „Szkwał” osiąga prędkość ponad 200 węzłów, tj. ok. 370,4 km/h. Torpeda jest niesterowalna, dlatego ciągnie za sobą pokaźnej długości przewód który pozwala jej nadać i ustalić obrany kierunek ruchu.
Była to, krótko mówiąc, rewolucyjnie nowoczesna broń. Władze rosyjskie w sposób oczywisty nie chciały, by tajemnica tej broni wpadła w obce ręce. I tu po części kryje się przyczyna takiego, a nie innego zachowania rosyjskich władz po katastrofie "Kurska".
Badania pocisków superkawitacyjnych prowadzą też Amerykanie w Naval Undersea Warfare Center. Jego dyrektor dr. John E. Sirmalis ujawnił w roku 2000, że w mikroskali testowano pocisk poruszający się z prędkością naddżwiękową. 17 lipca 1997 r. Supercavitating High-Speed Body pokonał odcinek pomiarowy z prędkością 1549 m/s!! Sirmalis poinformował wówczas, że przyszłe okręty podwodne US Navy będą uzbrojone w pociski superkawitacyjne do niszczenia wystrzelonych przeciwko nim torped.
W maju w Berlinie, podczas wystawy lotniczej i targów ILA 2004, po raz pierwszy zaprezentowano publicznie niemiecki demonstrator, wspomnianą Barakudę. W basenie pomiarowym na głębokości 4 m pod woda uzyskała prędkość 100 m/s i - w przeciwieństwie do torpedy Rosjan - jest w pełni sterowalna. Istotne także jest, że Barracuda jest kilkakrotnie mniejsza od Szkwału. W przyszłości zostanie wyposażona w aktywny sonar, czyli rodzaj podwodnego radaru, wysyłającego impulsy dżwiękowe i odbierającego echa odbite od przeszkód. Do tego jednak jeszcze droga daleka.
Efekt kawitacji został także zaobserwowany w środowisku rozrzedzonym ( atmosferze ziemskiej).
Wiele osób słyszało uderzenie dźwiękowe, ale mało kto je zobaczył. Kiedy samolot leci z prędkością naddźwiękową, fale gęstości dźwięku wydawanego przez samolot nie mogą go wyprzedzić, więc gromadzą się w stożku za nim. Kiedy taka fala uderzeniowa mija obserwatora na ziemi, w jednej chwili słyszy on cały dźwięk produkowany przez dłuższy czas. To właśnie jest uderzenie dźwiękowe. Czasami, gdy samolot przyspiesza, żeby przekroczyć barierę dźwięku, tworzy się niezwykła chmura. Przyczyny powstawania takiej chmury nie są do końca znane, ale wiodąca teoria mówi, że następuje spadek ciśnienia wokół samolotu ( tak jak w zjawisku kawitacji ), opisany przez osobliwość Prandtla-Glauerta, powodując kondensację pary wodnej. Zdjęcia przedstawiają myśliwica F/A-18 Hornet który został sfotografowany w chwili przekraczania prędkości dźwięku. Również duże meteory i prom kosmiczny często powodują słyszalne uderzenia dźwiękowe zanim atmosfera ziemska spowolni je do prędkości poniżej prędkości dźwięku.
Od SUPERKAWITACJI do UFO
Mieszkańcy Puerto Rico są przekonani, że na ich wyspie znajdują się podziemne i podwodne bazy UFO. Niektórzy badacze przychylają się do tego zdania. Zbyt wiele zdjęć wykonanych nawet przez wojskowych fotografów ukazuje UFO startujące spod przybrzeżnych wód lub wyłaniające się, wydawałoby się, spod ziemi. 6 lipca 1990 r. szyper statku stojącego u wybrzeży wysepki Palomino (niedaleko Puerto Rico) sfotografował startujące spod wody UFO w kształcie kapelusza.
W listopadzie 1980 roku portorykański policjant, Jose Cardero, wykonał serię zdjęć UFO nad wsią Levitvon. UFO pojawia się najczęściej na południowo-zachodnim skraju wyspy, w pobliżu miasta Cabo Rojo. Ufolodzy podejrzewają, iż pod dnem leżącego w pobliżu jeziora Cartagena, jak też w pobliskich głębinach morskich opadających gwałtownie aż do 2000 metrów, znajdują się podwodne bazy UFO, być może połączone ze sobą. Cywilni naukowcy nie mogą sprawdzić tej hipotezy, gdyż te tereny zostały objęte nadzorem wojska...
Istnieją przesłenki że zjawisko kawitacji jest stosowane w napędach pojazdów NOL. Opowiadał o tym Krzysztof Jackowski w jednej ze swoich wizji, której byliśmy świadkami.
Naukowcy stale pogłębiają wiedzę nad zjawiskiem kawitacji i superkawitacji, nie jest ono do końca poznane i zbadane. Nie trudno wyobrazić sobie przyszłe łodzie podwodne bazujące na napędzie rakietowym mknące z zawrotnymi prędkościami nieosiągalnymi dla dzisiejszych konstrukcji. A nawet takie które będą w głębinach osiągały olbrzymie prędkości i zdolne do samodzielnego lotu ( hydroloty ) wystartują z głębin oceanów.
Jeśli uda się wytworzyć pęcherz superkawitacyjny wokół okrętu podwodnego wtedy pokonamy kolejną barierę którą jest ogromne ciśnienie panujące w głębinach. Oczywiście technologia ta będzie zarezerwowana dla wojska ale jak każda z czasem ujrzy światło dzienne i zaczną ją wykorzystywać cywile, przyczyni się ona do poznania tajemnic głębin morskich których ponad 90% czeka na odkrycie.
http://www.nautilus.org.pl/
