你敢相信一觸即破的氣泡可以摧毀一艘巨輪嗎?
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! r/ R& p! d& Q, b$ p- F1902年,當時最先進的驅逐艦下水試航。不久后,艦艇航速下降,驅逐性能也大幅降低。在檢查中發現,光滑的螺旋槳變得坑坑洼洼。可明明采用了極耐腐蝕的合金,為什么還會出現這么嚴重的腐蝕呢?6 G3 m s) O3 A, @ s
9 B) s- r& N- l3 O+ S! P* ^力學家洛德·瑞利經過10余年的研究發現,造成艦船腐蝕嚴重的罪魁禍首竟然是水里的氣泡。為什么吹彈可破的氣泡有這么大的威力?它們又是怎么形成的呢? 1 x9 y. A3 I6 A+ k( v
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艦艇在水中時,螺旋槳快速旋轉,在葉片附近就會形成一片低壓區,壓力的降低會導致海水不加熱就能快速沸騰,同時會產生大量的氣泡。這些氣泡里不是普通的空氣,而是海水瞬間汽化形成的水蒸氣,內部壓力極大。( c0 l+ G0 C @4 }/ X# @) O) d& \' K4 g
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在破裂時,能量會集中釋放,產生極高的溫度和巨大的沖擊力,在周圍海水的高壓下,氣泡還會形成像子彈一樣的流束。它的速度約為5千米/秒,當持續沖擊葉片表面,會產生無數的細孔和裂紋,加快螺旋槳的腐蝕,這種現象就是氣蝕現象。+ {1 B2 _( l/ N7 l( W
0 {+ |+ j) j$ g4 U我們常見的水滴石穿,形成的很大原因就是氣蝕。通過高速攝像機可以發現,在水滴落地的瞬間,猛烈的撞擊下會有無數的氣泡產生,氣泡高速沖擊石頭。在長年累月的侵蝕下,再堅硬的石頭都會敗下陣來。0 m7 h, B& h5 Q0 S% ]
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# P& [; _4 U4 j2 {0 O氣蝕現象還常見于離心泵中。離心泵的葉輪轉動會形成低壓區,當壓力低于液體汽化的壓力時,就會引起一部分液體蒸發,產生大量水蒸氣氣泡。這些氣泡在傳輸進高壓區域后,被擠壓急速破裂,產生的強烈沖擊力可達幾千個大氣壓,會猛烈沖擊水管,嚴重時能將水管擊穿。0 i8 G: o# A2 W5 E5 h
! T4 ?5 x8 n* Z& g6 C) n! p! d% p除了氣蝕,離心泵啟動時還會產生一種氣縛現象。此時泵內氣體未完全排出,葉輪轉動形成的低壓無法將液體吸進來,泵就像被“氣體”縛住一樣失去了自吸能力,而電機也會空轉燒壞。這種現象和氣蝕一樣,都會產生劇烈振動和刺耳的噪音,影響泵的正常工作。不過啟動前,在泵內灌滿液體,就可以有效避免氣縛。而避免氣蝕卻比較復雜,要防止水溫過高壓力過低,還要加強材料的強度和韌性,才能降低氣蝕危害。* |9 S, q( k" Q& I; t' N/ f1 z
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- [. V5 r7 P2 q5 _( _8 a/ b, R 在長期對抗氣蝕危害中,人們也發現了氣蝕的用處,氣蝕發生時產生的高沖擊力氣泡,能夠有效的清潔污漬。高壓水槍、自動洗碗機 、沖牙器等,都是氣蝕被合理利用的產物,為生活也帶來了極大的便利。' }; G' { k- M& N2 O
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