Những gì về cơ bản phân biệt xâm thực và sôi như hiện tượng khác nhau?

Cavitation và sôi là tên của hiện tượng cả hai liên quan đến sự xuất hiện đột ngột của bọt hơi trong chất lỏng và trong cả hai trường hợp chúng xảy ra khi áp suất thủy tĩnh cục bộ thấp hơn áp suất hơi của chất lỏng, nhưng điều đó không nhất thiết có nghĩa là chúng điều tương tự.

Trong video này về một bộ phận làm nóng điện trong nước , trong khoảng thời gian từ 01:00 đến 02:00, âm thanh phát ra từ sự sụp đổ bong bóng nhanh ngày càng to hơn nhưng có rất ít bong bóng có thể nhìn thấy. Là quá trình tạo ra âm thanh này được coi là sôi hoặc xâm thực ? Sự khác biệt là gì?

Tôi đã để lại một câu trả lời tạm thời cho câu hỏi liên quan trên một trang web SE khác: Làm thế nào (thực tế) các động cơ làm mát phụ làm giảm sự xâm thực trong máy bơm turbo và làm cho thức ăn dễ dàng hơn? Tôi không thể tự chấp nhận câu trả lời cho câu hỏi bắt đầu bằng yêu cầu, "xâm thực đang sôi sục."

Mặc dù chúng có liên quan với nhau, nhưng về cơ bản phân biệt xâm thực và sôi như những hiện tượng khác nhau?

Kỹ sư cơ khí ở đây, cựu Hải quân Hoa Kỳ nuke. Định nghĩa sách giáo khoa về xâm thực là, từ đào tạo hạt nhân của tôi:

"Sự hình thành và sụp đổ sau đó của bong bóng hơi khi áp suất hút giảm xuống dưới và sau đó tăng lên trên áp suất bão hòa."

Định nghĩa này đề cập đến áp suất hút như trong một máy bơm, nhưng tôi sẽ nói chung hơn và dường như chống lại hầu hết các áp phích khác ở đây rằng sự xâm thực liên quan đến sự hình thành và sự sụp đổ của bong bóng hơi sau đó là về cách những bong bóng hơi đó xảy ra .

Bây giờ, tôi hiểu rằng hiệu ứng xâm thực thường xảy ra (hoặc được thảo luận nhiều nhất khi nó xảy ra) trong máy bơm và cánh quạt, nhưng nó cũng xảy ra trong nước sôi.

Khi bạn đun nước sôi, ban đầu nó yên tĩnh và không có bong bóng. Tại một số điểm chuyển tiếp (sôi hạt nhân), bong bóng hình thành dưới đáy chảo, vỡ ra, nhưng sụp đổ trước khi chúng chạm tới bề mặt . Kiểu sôi này (được gọi là sôi trong thuật ngữ ẩm thực) có thể được gọi chính xác là xâm thực. Đây cũng là giai đoạn rất ồn ào trong quá trình đun sôi - đây là giai đoạn "ồn ào" trong video của OP.

Sau khi tạo bọt (để nấu, ít nhất là) giai đoạn sôi cuối cùng, trong đó chất lỏng và bọt sôi lớn chạm tới bề mặt nước (khởi hành từ quá trình đun sôi hạt nhân). Mặc dù sôi có vẻ mạnh mẽ hơn, nhưng điều này thực sự yên tĩnh hơn nhiều vì xâm thực không còn xảy ra .

Cavites là âm thanh ping mà một nồi nước tạo ra trước khi đun sôi hoàn toàn. Sau khi đun sôi hoàn toàn, bọt hơi nước chạm tới bề mặt và chất lượng âm thanh thay đổi từ tiếng rít thành tiếng rít.

Tất cả những gì đã nói, đã có rất nhiều cuộc nói chuyện trên các bài đăng khác về việc đun sôi là ứng dụng của nhiệt và xâm thực là về việc giảm áp lực. Một lần nữa, việc giảm áp suất (dưới áp suất bão hòa) là một nguyên nhân của xâm thực, nhưng giảm áp suất không phải là định nghĩa của xâm thực.

Thuật ngữ tạo bọt khí bằng cách giảm áp suất được gọi là chưng cất flash hoặc bay hơi flash . Thuật ngữ để tạo ra bong bóng hơi bằng cách tăng nhiệt được gọi là sôi .

Thuật ngữ xâm thực dùng để chỉ sự hình thành và sự sụp đổ sau đó của các bong bóng hơi. Cavitation xảy ra trong máy bơm, trong nồi nước spaghetti, trong chân vịt tàu ngầm, v.v. Nó không bị hạn chế ở một trong hai chế độ tạo (áp suất hoặc nhiệt). Video trong bài đăng của OP cho thấy xâm thực trong quá trình đun sôi.

:BIÊN TẬP:

Tôi cảm thấy bị thách thức bởi nhận xét của Air để tạo ra một nguồn cho định nghĩa xâm thực mà tôi đã cung cấp ở đây. Dòng tôi trích dẫn ở trên là ghi nhớ từ khoảng 15 năm trước. Tôi có (trên giá sách ở nhà) một tài liệu kỹ thuật cô đọng về thông tin không được phân loại mà chúng tôi đã đưa ra khi kết thúc các khóa đào tạo hạt nhân để tham khảo cá nhân. Khi cố gắng tìm hướng dẫn này trực tuyến, tôi tìm thấy một trang web ấn phẩm kỹ thuật xuất hiện để tái tạo một số nội dung chúng tôi được dạy trong chương trình đào tạo năng lượng hạt nhân.

Tập khoa học cơ học đầu tiên có một phần về xâm thực nói rằng,

Nếu độ giảm áp đủ lớn hoặc nếu nhiệt độ đủ cao, độ sụt áp có thể đủ để làm cho chất lỏng bốc lên hơi khi áp suất cục bộ giảm xuống dưới áp suất bão hòa cho chất lỏng được bơm. Bất kỳ bong bóng hơi nào hình thành do sự sụt áp ở mắt của bánh công tác được quét dọc theo các cánh của bánh công tác bởi dòng chảy của chất lỏng. Khi các bong bóng đi vào một khu vực nơi áp suất cục bộ lớn hơn áp suất bão hòa ra xa hơn cánh quạt, các bong bóng hơi đột ngột sụp đổ. Quá trình hình thành và sụp đổ bong bóng hơi trong máy bơm được gọi là xâm thực.

(Nhấn mạnh thêm) Định nghĩa chúng tôi được hướng dẫn để ghi nhớ (như tôi đã trích dẫn ở trên cùng) là phiên bản cô đọng của tuyên bố này để sao chép trong các kỳ thi.

Bây giờ, không có nguồn nào trên trang web cụ thể này , nơi các khối tham chiếu được chia theo từng phần, như tài liệu này bắt nguồn từ đâu, nhưng ở đầu trang được đưa ra tài liệu DOE "DOE-HDBK-1018/1".

Bạn có thể tra cứu số đó và tìm tài liệu được đăng đầy đủ trên trang web của Bộ Năng lượng , nơi có thể tìm thấy đoạn đó trên trang 12.

Hơn nữa, liên quan đến nhận xét về "ngành công nghiệp không liên quan đến Hải quân Hoa Kỳ", bản sao được lưu trữ trên trang web của DOE bao gồm một lời mở đầu và một tổng quan nói rằng tài liệu được chuẩn bị với đầu vào từ ngành công nghiệp hạt nhân và được sử dụng cho đào tạo khai thác hạt nhân. Vì vậy, có thể một số ngành công nghiệp không sử dụng định nghĩa xâm thực mà tôi đã cung cấp, nhưng ngành công nghiệp hạt nhân thì có , và có vẻ như (từ nhận xét của Bryon Wall ) rằng ngành hóa chất cũng làm như vậy.

Tôi nghĩ rằng đây là về ngôn ngữ nhiều hơn vật lý. Hiện tượng vật lý cơ bản - sự thay đổi pha từ lỏng sang khí khi áp suất hơi bằng áp suất thủy tĩnh trong chất lỏng - giống nhau đối với sự sôi và xâm thực.

Trong cách sử dụng thông thường (không khoa học), "đun sôi" có nghĩa là làm nóng chất lỏng cho đến khi áp suất hơi của nó bằng với áp suất bên trong của chất lỏng. Trong hầu hết các trường hợp "không khoa học", việc gia nhiệt được thực hiện ở áp suất không đổi (xấp xỉ) với giao diện giữa chất lỏng và chất khí (ví dụ như nước và không khí), và chất lỏng hóa hơi (hơi nước) rời khỏi chất lỏng và trộn với chất khí , truyền nhiệt từ chất lỏng sang khí.

Mặt khác, "xâm thực" là sự giảm áp suất cục bộ của chất lỏng, ở (khoảng) nhiệt độ không đổi. Giống như khi sôi, một số chất lỏng bay hơi khi áp suất chất lỏng bằng áp suất hơi, nhưng hơi không thể thoát ra bất cứ nơi nào vì chất lỏng xung quanh ở áp suất cao hơn. Nếu một bong bóng hơi bắt đầu di chuyển qua chất lỏng, nó sẽ sớm đạt đến điểm áp suất chất lỏng cao hơn và nó sụp đổ trở lại thành chất lỏng.

Các sóng áp suất đột ngột trong chất lỏng, được tạo ra khi bong bóng sụp đổ, có thể gây ra thiệt hại cho các thành phần kim loại như động cơ đẩy, tua bin nước, v.v.

Câu trả lời ngắn gọn là cả xâm thực và sôi đều đề cập đến sự thay đổi pha từ lỏng sang khí làm cho bong bóng hình thành, trong đó xâm thực được điều khiển bởi sự sụt giảm áp suất và sôi được điều khiển bởi sự gia tăng nhiệt độ. Để được trích dẫn, hãy xem Cavites và Bubble Dynamic , trang 1:

Một cách thô sơ nhưng hữu ích để phân biệt hai quá trình này là xác định xâm thực là quá trình tạo mầm trong chất lỏng khi áp suất giảm xuống dưới áp suất hơi, trong khi sôi là quá trình tạo mầm tạo ra [sic] khi nhiệt độ tăng lên trên hơi bão hòa / nhiệt độ chất lỏng. Tất nhiên, từ quan điểm vật lý cơ bản, có rất ít sự khác biệt giữa hai quá trình ... Sự khác biệt trong hai quá trình xảy ra do các yếu tố phức tạp khác nhau xảy ra trong một dòng chảy ở một bên và ở độ dốc nhiệt độ và các hiệu ứng tường xảy ra trong sôi sục mặt khác.

Nếu bạn muốn biết làm thế nào sự khác biệt này có thể hữu ích, toàn văn của một phiên bản cũ hơn của cuốn sách có sẵn thông qua trang web của thư viện Caltech. Tìm kiếm một phiên bản gần đây hơn tại thư viện không phải là khó khăn, vì công việc đã được trích dẫn gần 3.000 lần theo Google Scholar.

Câu trả lời dài bắt đầu bằng cách lưu ý rằng trích dẫn này không giả vờ đưa ra các định nghĩa duy nhất về xâm thực và sôi; nó đề xuất một cách rõ ràng một cách định nghĩa chúng là hai quá trình "thô nhưng hữu ích." Tôi hy vọng Tiến sĩ Brennen sẽ đồng ý rằng có các bối cảnh tồn tại trong đó các định nghĩa khác hữu ích hơn.

Theo một nghĩa rất chung, "xâm thực" có thể có nghĩa là sự xuất hiện tự nhiên của các lỗ sâu răng (còn được gọi là lỗ rỗng hoặc bong bóng) trong một chất lỏng. Nếu bạn đang nghiên cứu làm thế nào các vật liệu hoặc hình học bề mặt khác nhau thúc đẩy hoặc ngăn chặn quá trình tạo mầm, thì đây có thể là một định nghĩa hữu ích hơn cho bạn so với việc loại trừ nhiệt.

Theo nghĩa hạn chế hơn, "xâm thực" chỉ có thể có nghĩa là tập hợp con trước đó xảy ra ở nhiệt độ tương đối ổn định, với sự hiện diện của một giao diện chắc chắn, sau đó sẽ nổ tung và góp phần làm hao mòn các thành phần cơ khí. Nếu bạn đang xây dựng một hệ thống đẩy cho tàu ngầm, đây có thể là một định nghĩa hữu ích hơn so với một trong hai hệ thống trước.

Từ "sôi" có từ trước nhiệt động học hiện đại, vì vậy chúng ta không nên ngạc nhiên nếu khó có thể xác định được. Chúng ta thường nghĩ rằng đun sôi như một quá trình liên quan đến bong bóng nhưng sôi màng là một ngoại lệ rõ ràng là những người nghiên cứu về những gì xảy ra khi bạn áp dụng một tấn nhiệt ở giao diện rắn / lỏng nghĩ rằng việc đưa hiện tượng này vào cùng loại với hạt nhân là rất hữu ích sôi.

Mặt khác, chất lỏng cũng được cho là "sôi" trong chân không (và đây là video về điều đó , nếu bạn tò mò, hãy cố gắng tìm ra nơi xảy ra quá trình tạo mầm!). Bạn có nghĩ rằng những người ở NASA quan tâm đến việc đun sôi có cần nhiệt khi họ làm việc để giảm thiểu rủi ro liên quan đến giải nén nổ không? Tôi không.

Bạn đạt được rất ít bằng cách mong đợi, hoặc đưa ra kỳ vọng về thuật ngữ chính xác khách quan. Nếu bạn đang thực hiện một số kỹ thuật viết về chủ đề này và có ý định phân biệt giữa xâm thực và đun sôi, chỉ cần làm rõ định nghĩa của bạn. Hãy chăm chỉ để đảm bảo rằng các định nghĩa của bạn không phải là một sự khởi đầu đáng kể từ sự đồng thuận, hoặc người nào khác xây dựng một lập luận rất mạnh mẽ để hỗ trợ họ.

Tôi thấy, giống như tôi, bạn muốn một câu trả lời đơn giản. Trong ấm, nước được làm nóng đến điểm sôi xung quanh phần tử, nhưng nước xung quanh thì không. Hơi nước không thể tồn tại ở nhiệt độ dưới 100 ° C. ở áp suất khí quyển, vì vậy khi hơi tiếp xúc với nước mát, nó ngưng tụ ngay lập tức, không để lại hiệu ứng đệm, vì vậy nó giống như kim loại chống lại kim loại.

Cavitation không phải liên quan đến hóa hơi. Một chất lỏng như chất lỏng thủy lực, nếu đầu vào bơm bị hạn chế, bong bóng chân không hình thành. Bởi vì không có không khí trong chúng để đệm tác động, một lần nữa, nó giống như kim loại chống lại kim loại. Máy bơm phát ra âm thanh như tiếng lạo xạo của kim loại. Mặc dù nó là một chất lỏng, nó tác động như kim loại và sẽ làm mỏi các bộ phận kim loại. Nó cũng xảy ra nếu dòng chảy trên một bề mặt như mặt của quả bóng & không có đủ áp lực để giữ nó theo bề mặt, hoặc nó chảy ra khỏi mép của bề mặt như cánh quạt. Chất lỏng được ném ra khỏi bề mặt và bong bóng chân không, sau đó sụp đổ mà không có đệm, tạo ra âm thanh kim loại vỡ và ăn mòn các cạnh chân vịt. Nó thậm chí còn tồi tệ hơn cho tàu ngầm. Nó nói "Tôi đây!" cho kẻ thù. Bạn có thể chứng minh hiệu quả với một vòi vườn & một xô nước. Đưa nó lên một chuyến bay của cầu thang. tháo các phụ kiện, và treo ống lên tay vịn hoặc giữ sâu trong xô và bắt đầu truyền nước, sau đó đập ngón tay của bạn qua đầu vào. Bạn sẽ ở đây một vết nứt kim loại mờ nhạt từ bên trong phần cao nhất của vòi khi nước tiếp tục chảy, sau đó tự đập lại.

Tôi hơi bối rối, nếu bạn hỏi liên quan đến xâm thực máy bơm thì ans của tôi: cavites nhấn mạnh vào sự sôi ngược (khi hơi trở lại thành chất lỏng, bong bóng sụp đổ). Đó là khi hành động phá hoại được thực hiện, bề mặt imping. Đó là lý do tại sao các bộ phận cánh quạt bị hư hỏng là gần lối ra.