mini|300px|desno|Brodski vijak (pokus u vodenom tunelu) na kojem se pojavljuje kavitacija.
mini|300px|desno|Mlaz fluida velike brzine djeluje na čvrstu površinu.
mini|300px|desno|Oštećenje od kavitacije na ploči ventila (hidraulička pumpa s aksijalnim klipom).
mini|desno|300px|Venturijeva cijev: tlak u prvoj mjernoj točki u cijevi (1) je viši nego u drugoj (2), a brzina fluida "1" je niža u mjernoj točki "2", jer je poprečni presjek u točki "1" veći nego u "2".
mini|300px|desno|Francisova turbina pri kraju životnog vijeka pokazuje znakove kavitacije, umora materijala i katastrofalnog kvara.
lang=hr|mini|300px|desno|Presjek kroz zupčastu crpku (pumpu).
mini|300px|desno|Kavitacija kod centrifugalne sisaljke.
mini|300px|desno|Način rada crpke.
mini|300px|desno|Kavitacija uzrokuje oštećenja i u većim dizelskim motorima.
mini|desno|300px|Homogenizacija mlijeka služi za duže čuvanje mlijeka.
mini|desno|300px|Bubrežni kamenac veličine 8 milimetara.
mini|desno|300px|Kod dupina kavitacija može oštetiti kožu.
mini|desno|300px|Rak " pištolj " razvio je takva kliješta, čije "škljocanje" izaziva lokalni kavitacijski udar, kojim ubija manje ribe.
mini|desno|300px|Rak " ravnokrilac " koristi kavitaciju da ošamuti, smrvi i tako otvori školjke kojima se hrani.
Kavitacija (njem. Kavitation, engl., franc. cavitation, prema kasnolat. cavitas, od lat. cavus: šupalj, prazan) je šupljina, praznina ili prazan prostor. U hidrodinamici, kavitacija je nastajanje mjehurića ispunjenih parama unutar kapljevine u strujanju te njihovo iščezavanje uz pojavu nepoželjnih udarnih tlakova. Uzrok kavitacije mehaničke je prirode, to jest smanjenje tlaka u kapljevini, bez promjene temperature okoliša. Naime, prema Bernoullijevoj jednadžbi, tlak u kapljevini koja struji manji je na mjestima gdje je strujanje brže. Mjestimice, osobito uz oštre rubove stijenki ili uz rubove uronjenoga tijela, zbog jakoga lokalnog ubrzavanja strujanja kapljevine tlak se bitno smanjuje. Ako na tim mjestima tlak padne ispod kritičnoga, kapljevina će se početi isparavati i pojavit će se parni mjehuri. Nastale mjehure struja kapljevine odnosi u područje višega tlaka, gdje dolazi do njihove implozije, kada para iz mjehura ponovno prelazi u kapljevinu. Pri imploziji okolna kapljevina struji prema središtu mjehura, čestice se sudaraju i lokalno nastaju vrlo visoki (udarni) tlakovi. Takve implozije u blizini stijenke uzrokuju eroziju materijala uz nastanak vibracija i buke. Zbog toga se utjecaj kavitacije, kao česte pojave na lopaticama crpki (pumpi) i vodnih turbina, na krilcima brodskih vijaka, u hidrauličnim sustavima i slično, nastoji smanjiti. Primjerice, kavitacijska erozija brodskih vijaka smanjuje se primjenom otpornijih materijala, odabirom povoljnijih profila krilaca, ugradnjom sustava kojima se na krilo vijka dovodi zrak kojim se smanjuje brzina implozije i drugo.
Kavitacija je pojava isparavanja vode i stvaranja mjehura vodene pare. Nastaje u trenutku kada tlak vode postaje jednak ili manji od tlaka zasićenja vodene pare. Kavitacijom se kod hidruličkih strojeva podrazumijeva pojava diskontinuiteta ili "šupljina" (mjehura pare u vodi) u struji tekućine.
Isparavanje vode, kao što je poznato iz termodinamike, nastaje pri temperaturi od 100 °C kod atmosferskog tlaka, međutim kod hidrauličkih strojeva pojava isparavanja nastaje kod okolišnje temperature vode (od 5 do 20 °C), ali sada pri tlakovima znatno nižim od atmosferskog tlaka. Kod vodnih turbina kavitacija se javlja na mjestima najnižeg tlaka. U pravilu su to mjesta u blizini izlaznog brida lopatice rotora na podtlačnoj strani. Voda na ovim mjestima ima najniži tlak iz razloga što je kompletnu energiju (koja je uglavnom bila sadržana u tlaku) predala lopatici rotora. "Vodne turbine" dr.sc. Zoran Čarija, Tehnički fakultet Rijeka, 2010.
Povijest
Inercijalna kavitacija Prvi znanstvenik koji je proučavao kavitaciju bio je John Rayleigh, krajem 19. stoljeća. On je uočio pojavu kavitacije kod toka vode u rijekama, posebno ispod vodopada – gdje voda zbog ove pojave izaziva znatnu eroziju u kamenju na koje pada.
Kasnije je uočeno da kavitacija nastaje pri svakom snažnom impulsnom udaru energije u čvrstu prepreku, tako postoje optička kavitacija, koja nastaje udarom snažnog zraka lasera i električna kavitacija – na primjer na svjećicama vozila na benzinski pogon.
Treba napomenuti da je energija kavitacije nevjerojatno visoka: prilikom implozije mjehurića plina temperatura iznosi nekoliko tisuća ºC, tlak nekoliko stotina bara, a stvara se i svjetlost (sonoluminiscencija). Ma koliko ovi podatci izgledali nevjerojatni, ustanovljeni su pri laboratorijskim mjerenjima kavitacije, jer je njezino sprječavanje jedno od glavnih područja proučavanja hidrodinamike, s obzirom na to da rad u kavitacionom režimu izaziva znatna oštećenja i nepouzdanost u radu hidrodinamičkih uređaja, te se po svaku cijenu nastoji izbjeći.Stachowiak G.W., Batchelor A.W.: "Engineering tribology", 2001., publisher=Butterworth-Heinemann
Neinercijalna kavitacija Neinercijalna kavitacija je postupak kontroliranog nastajanja sitnih mjehurića plina uz dovođenje energije izvana – najčešće akustične (zvučne). Ova energija prisiljava mjehuriće plina da titraju određenom frekvencijom i po određenom obrascu prije implozije, i na taj način vrše koristan rad. Ovako nastaje mnogo manja pojava erozije, a koristi se u ultrazvučnim kadama za čišćenje precizno izrađenih dijelova od osjetljivih materijala, na primjer dijelova hidrodinamičkih upravljačkih sistema – ventila i slično, silikonskih brtvi i drugih dijelova, čija je izrada vrlo precizna i skupa, a materijal osjetljiv na druge načine čišćenja i popravka.
Pojava hidrodinamičke kavitacije Ako tlak vode padne ispod tlaka zasićenja vodene pare, dolazi do snažne promjene iz tekućeg u plinovito stanje, čime se stvaraju diskontinuiteti u toku, šupljine (mjehure pare okružene tekućinom). Viši specifični obujam mjehura pare ne dozvoljava daljnji pad tlaka. Mjehur pare nakon isparavanja u području nižeg tlaka tokom fluida dolazi u područje višeg tlaka u kojem trenutno implodira pretvarajući se u tekućinu (kondenzira). Tada dolazi do naglog povećanja tlaka radi sudara fronta vode sa svih strana mjehura pare. Kako je tok tekućine konstantan, to je i pojava formiranja mjehura pare i njenog kasnijeg implodiranja također konstantna.
Strujanje fluida je uglavnom, pogotovo kod vodnih turbina, turbulentno što je karakterizirano fluktuacijama brzina i tlaka, koje su naročito intenzivne u graničnom sloju (uz čvrstu stjenku). Ako se ovakve fluktuacije tlaka pojave pri tlaku koji odgovara lokalnom tlaku zasićenja vodene pare, doći će do trenutnog intenzivnog procesa formiranja i gotovo istodobnog kolabiranja mjehura pare, stvarajući vrlo visoke tlakove u centru mjehura, kao posljedica sudara nadolazećih frontova vode sa svih strana kolabirajućeg mjehura.
Kao posljedica intenzivnog prelaska iz tekućeg u plinoviti stanje i obrnuto, pojavljuju se značajne pulzacije tlaka (2000 Pa – 10000 bar) vrlo visokih frekvencija (10 – 20 kHz). Kavitacija je naročita nepogodna ako se pojavljuje blizu metalnih površina. Tada zbog naglih promjena tlaka (2000 Pa – 10000 bar) dolazi do otkidanja metala s metalnih površina (kod turbina to su lopatice rotora).
Kavitacija nije karakteristična samo za rotacijske strojeve. Ona se pojavljuje u svim situacijama kada tlak vode padne ispod tlaka zasićenja vodene pare za danu temperaturu (primjer ventili).
Negativni utjecaji kavitacije kavitacijska erozija nagli pad snage radi pada gustoće fluida (dvofazni fluid; voda + para) pad stupnja iskorištenja turbine ili crpke vibracije šum bljeskovi
U novije vrijeme, kavitacija se izbjegava konstrukcijom posebnog oblika krila brodskih vijaka. Kavitacija zahtijeva površinu na kojoj bi se dogodila implozija, pa da izvrši svoj negativni utjecaj na materijal vijka. Posebnom konstrukcijom hidrodinamičkog krila, pojava kavitacija se događa "u praznom prostoru iza propelera", te tako ne oštećuje brodski vijak.
Kavitacija kod crpki Ako u nekoj točki unutar crpke apsolutni tlak kapljevine postane niži od tlaka zasićenja para te kapljevine, u njoj započinje isparavanje i stvaranje mjehurića pare. Kad, nošeni strujom fluida unutar crpke, mjehurići pare dospiju u područje apsolutnog tlaka višeg od tlaka zasićenja para, trenutno kondenziraju u obliku implozije, a njihove prostore popunjava kapljevina, zbog čega nastaje hidraulički udar, pri kojem tlak trenutno poraste i do nekoliko tisuća bara. Tako nastaje kavitacija kod crpki (pumpe, sisaljke).
Izravna posljedica kavitacije jest razaranje materijala stijenki crpke, tzv. kavitacijska erozija. Pojava kavitacije praćena je karakterističnim šumom i vibracijama, a rad crpke postaje nejednolik i nemiran, smanjuju se visina dobave, protok i djelotvornost.
Kavitacija nastaje i stvaranjem mjehura plina otopljenog u nafti. U tom slučaju, kavitacijski mjehuri nastaju čim se tlak snizi ispod tlaka zasićenja nafte. Kad tlak ponovno poraste, mjehuri nestaju bez erozijskog djelovanja, jer stlačivost plina prigušuje imploziju i hidraulički udar. Zato takva kavitacija ne razara materijal crpke, ali ima sve ostale negativne učinke na njen rad.
Na pojavu kavitacije utječu uvjeti na usisu crpke. Ako su ti uvjeti takvi da ni u jednoj točki unutar crpke tlak neće biti niži od tlaka zasićenja kapljevine plinovima, kavitacija se ne će pojaviti. Minimalni uvjeti na usisu crpke nužni za sprječavanje kavitacije poznati su pod nazivom neto-pozitivna usisna visina crpke i često se označavaju američkom kraticom NPSH (engl. net positive suction head), a određuje se eksperimentalno.
Neto-pozitivna usisna visina uronjivih centrifugalnih crpki u naftnim bušotinama jednaka je hidrauličkim gubitcima između tlaka u zaštitnim cijevima na razini impelera prvog stupnja crpke i ulaza u impeler, te visini zbog razlike brzina. Stoga raspoloživi tlak u zaštitnim cijevima na razini impelera prvog stupnja crpke mora biti jednak ili veći od tlaka određenog neto pozitivnom visinom određene crpke.
Postoje dvije osnovne vrste kavitacije koje se javljaju u različitim fazama rada pumpe, ali obje su rezultat iste pojave: Usisna ili klasična kavitacija javlja se na impeleru pumpe prilikom usisa i potiskivanja tekućine ka potisnom ventilu (komori). Uvjete za kavitaciju stvara kretanje impelera kroz pumpanu tekućinu. Potisna ili recirkulaciona kavitacija je rezultat promjene tlaka prilikom izlaska tekućine iz pumpe, na potisnom ventilu. Javlja se zbog toga što ventil tehnički ne može da propusti svu tekućinu da izađe u jednom trenutku, tako da različite brzine kretanja tekućine izazivaju minijaturne promjene u inače jednakom pritisku tekućine. Čak i tako male promjene tlaka dovoljne su da dođe do pojave kavitacije. "Uronjive centrifugalne crpke" Prof. dr. sc. Marin Čikeš, 2011.
Kavitacija kod motora Manje je poznato da pojava kavitacije uzrokuje oštećenja i u većim dizelskim motorima. U motorima do kavitacije dolazi zbog visokog stupnja kompresije i male površine zidova cilindara. Vibracije zidova cilindara koje zbog toga nastaju, uzrokuju pojavu oblasti niskog i visokog tlaka u rashladnoj tekućini motora, što izaziva kavitaciju vanjskih zidova cilinadarskih prostora u motoru. Rezultat je pojava "pittinga" – ljuštenja zidova cilindara, što u uznapredovaloj fazi može da dovede do prodora rashladne tekućine u cilindar. Ovu pojavu moguće je izbjeći dodavanjem određenih kemikalija u rashladnu tekućinu, koje stvaraju zaštitni film na zidu cilindra. Taj film je izložen kavitaciji, ali se iznova sam izgrađuje dok god u rashladnoj tekućini ima dovoljno kemikalija.