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キャビテーション

キャビテーション (Cavitation) は、液体の流れの中で圧力差により短時間に泡の発生と消滅が起きる物理現象である。空洞現象とも言われる。

液体の流れの中で圧力がごく短時間だけ(水では大気圧の1/50程度の)飽和蒸気圧より低くなったとき、液体中に存在する100ミクロン以下のごく微小な「気泡核」を核として液体が沸騰したり溶存気体の遊離によって小さな気泡が多数生じる。気泡核が無ければ気泡も簡単には発生しない。

圧力が変化すると沸騰していた気体の体積も変化し泡の大きさが変る。膨張と収縮を繰り返しながら圧力に応じてしだいに小さくなってゆく。小さくなる過程で、プロペラのような硬い表面近くの泡は粘性と表面張力も作用して、その表面に張り付きながら泡の遠い側がくぼみ、ジェットの勢いで表面に激突して泡は分裂する。このジェット流で硬い表面にエロージョン(壊食)が発生する。この過程は気泡運動力学のレイリー(Rayleigh)の運動方程式で記述される。

最終的には周囲の圧力が飽和蒸気圧より高くなり、周囲の液体は泡の中心に向かって殺到して、気泡が消滅する瞬間に中心で衝突するため微小ながら強い圧力波が発生し、騒音・振動を発生させる。あまりに圧力が高い場合には金属が破損する場合もある。爆薬の水中爆発によって大量の高圧気泡が発生することによって起きる破壊力を持ったキャビテーションの波をバブルパルスと呼ぶ。

水中でのキャビテーションの作る30ミクロン前後の微小な泡は、50キロヘルツ以上の高周波水中振動波(水中音波)を高い効率で減衰する
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