Cavitation
Définition
Une cavitation est un processus de formation d'une cavité dans un liquide. Elle crée des bulles de gaz qui ouvre une cavité causée par la diminution de la pression plutôt que par l'augmentation de la température. La cavitation est le phénomène de vaporisation d'un liquide par diminution de pression lors de son déplacement.
Simplement, la cavitation est la formation de petites bulles de gaz qui grossissent, oscillent et s'effondrent dans un fluide tout en étant affectées par des ondes ultrasonores.
Phénomène de cavitation :
La cavitation est un problème assez sérieux pour le matériel, comme les hélices de bateaux. L'effet de cavitation dommageable survient toujours à proximité des bulles qui implosent.
Explications
La cavitation est le phénomène selon lequel, dans un liquide en mouvement turbulent, la pression locale devient inférieure à la pression de vapeur du liquide. Alors que l'eau ne devient gazeuse qu'à la pression atmosphérique à 100 °C, cela intervient à une pression plus basse à une température plus basse.
La cavitation intervient dans le système là où la pression a été suffisamment réduite, soit par frottement, séparation de débit ou restricteurs tels que vanne, élément vortex ou débitmètre à production différentielle. Les vibrations physiques dans le système peuvent être causées par :
- la masse du système;
- la structure physique;
- si les instruments sont sensibles aux vibrations.
Sous une cavitation sévère, une hélice ou une vanne de régulation extrêmement dure peut tomber en panne en quelques heures.
Phénomène
Le phénomène de cavitation consiste en la rupture de la continuité dans le liquide où il y a une réduction locale considérable de la pression. La formation de bulles dans les liquides (cavitation) commence même en présence de surpressions égales ou proches de la pression de vapeur saturante du fluide à la température donnée.
Il existe deux principaux types de cavitation : vaporeuse et gazeuse. L'usure par cavitation n'existe qu'avec une cavitation vaporeuse, où les ondes de choc et les microjets peuvent éroder les surfaces.
La cavitation est affectée par les propriétés physiques d'un solvant telles que la viscosité, la pression de vapeur saturante et la tension superficielle. En effet, pour la cavitation, il est nécessaire d'appliquer une pression négative pendant le cycle de raréfaction suffisamment importante pour perturber les forces de cohésion naturelles du solvant et ainsi créer un vide.
De plus, une augmentation de la viscosité intensifie les interactions moléculaires et entrave ainsi la cavitation. De même, une tension superficielle et une pression de vapeur élevées (toutes deux liées à la température) affectent négativement le phénomène de cavitation. Dans le cas de l'eau pure, il faut une pression de l'ordre de 105 kPa pour initier la cavitation.
Cavitation et érosion
La cavitation et l'érosion qui en résulte sont une cause insidieuse de défaillance des paliers lisses et des systèmes hydrauliques. Des cavités de vapeur se forment localement dans les zones de pression réduite du fluide lubrifiant, puis s'effondrent rapidement dans les zones de pression plus élevée.
Les ondes de choc générées par l'effondrement de la vapeur peuvent entraîner des dommages mécaniques (par impact) sur les surfaces. Les causes courantes de cavitation sont les fluctuations de pression associées à l'écoulement du liquide et à la vibration d'une surface en contact avec celui-ci.
Contrairement à d'autres types de dommages, la cavitation de vapeur est généralement rencontrée sur les zones non chargées des roulements. Lorsque les dommages sont dus uniquement à la cavitation, les surfaces endommagées sont rugueuses : lorsque des particules étrangères sont présentes, elles sont lisses (cavitation-érosion). La cavitation de vapeur peut éliminer les films protecteurs, tels que les oxydes, des métaux et ainsi initier la corrosion.
De plus, les pressions et températures locales très élevées associées à l'étape finale de l'effondrement de la cavité peuvent induire des réactions chimiques qui ne se produiraient pas normalement. Ainsi certains additifs sont endommagés par la cavitation et leurs produits de décomposition peuvent être corrosifs.
Cavitation vaporeuse
La cavitation vaporeuse est un processus d'ébullition qui survient si la bulle se développe de manière explosive de manière illimitée alors que le liquide se transforme rapidement en vapeur (vaporisation). Cette situation existe lorsque le niveau de pression descend en dessous de la pression de vapeur du liquide.
Cavitation gazeuse
La cavitation gazeuse est un processus de diffusion qui survient dès que la pression tombe en dessous de la pression de saturation du gaz non condensable dissous dans le liquide. Alors que la cavitation vaporeuse est extrêmement rapide, survenant en quelques microsecondes, la cavitation gazeuse est beaucoup plus lente. Le temps que cela prend dépend du degré de convection (circulation de fluide).
La cavitation gazeuse ne provoque pas l'érosion du matériau de surface.
En biologie et botanique
En biologie, la cavitation correspond à la formation d'une cavité au sein d'un amas cellulaire.
En botanique, une cavitation est la rupture de la continuité du liquide dans les vaisseaux conducteurs de sève, ce qui provoque l'arrêt de fonctionnement du vaisseau.
Synonymes, antonymes
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