キャビテーション数

さまざまなシナリオでキャビテーション数と呼ばれる無次元数は 3 つあります。流体キャビテーションのキャビテーション数、ポンプのキャビテーションのトーマ数、超音波キャビテーションのガルシア・アタンス数です。

キャビテーション数( Ca ) は流体キャビテーションを予測するために使用できます。これはオイラー数と似た構造ですが、意味と用途が異なります。

キャビテーション数は、局所的な絶対圧力と蒸気圧の差と体積あたりの運動エネルギーの関係を表し、流れがキャビテーションを起こす可能性を特徴付けるために使用されます。

それは次のように定義される ^[1]

${\displaystyle \mathrm {Ca} ={\frac {p-p_{\mathrm {v} }}{{\frac {1}{2}}\rho v^{2}}}}$

どこ

• ${\displaystyle \rho}$流体の密度です。
• ${\displaystyle p}$地元の圧力です。
• ${\displaystyle p_{\mathrm {v} }}$流体の蒸気圧です。
• ${\displaystyle v}$流れの特性速度です。

キャビテーション数は、流体システム内のキャビテーションを特徴付ける主要な方法の 1 つです。キャビテーション数が低いとキャビテーションが発生する可能性が高く、キャビテーション数が高いとキャビテーションが発生しないことを示します。

流体導管、パイプ、または制約内では、上流圧力が上昇すると、作動流体の速度も上昇します。ただし、速度の二乗の増加率が圧力増加率を大幅に上回ることに注意することが重要です。その結果、上流圧力が上昇するにつれてキャビテーション数は減少傾向を示し、システムがキャビテーションに近づく状況になります。

キャビテーションの発生は、システム内にキャビテーション気泡が初めて現れたときに発生し、発生キャビテーション数を示します。この値は、キャビテーションが発生したシステム内で観測された最高のキャビテーション数を表します。研究者は、この現象の非破壊的な応用を追求している場合、特に、比較的低い上流圧力でキャビテーションの発生を記録することを目指すことがよくあります。

キャビテーション流の発生が進むにつれて、キャビテーション数は着実に減少し、最終的にはシステムが最高速度と最高流量を特徴とするスーパーキャビテーション点に達します。キャビテーション数が低いほど、キャビテーション流が強力であることを示します。

スーパーキャビテーションに続いて、上流圧力が上昇し続けても、システムは流体処理限界に達します。その結果、測定されたキャビテーション数は上昇軌道に乗ります。この傾向は、文献内の多数の発表記事で繰り返し観察されています。^[2]

トーマ数（）は、ポンプの吸入口におけるキャビテーションを予測するために使用できる無次元量である。次のように定義される^[3]${\displaystyle \sigma}$

${\displaystyle \mathrm {\sigma } ={\frac {NPSH}{h_{\mathrm {ポンプ} }}}}$

ここで、は正味の正の吸引ヘッドで、はポンプによって発生する水頭です。トーマ数が臨界キャビテーションパラメータまたは次のように定義される臨界トーマ数よりも小さい場合、流体はポンプの吸引部でキャビテーションを起こします。 ${\displaystyle NPSH}$${\displaystyle h_{\mathrm {ポンプ} }}$

${\displaystyle \mathrm {\sigma _{\mathrm {c} }} ={\frac {NPSHR}{h_{\mathrm {ポンプ} }}}}$

キャビテーションを防ぐために必要な正味の正の吸引ヘッドはどこにありますか。これは、各ポンプ モデルごとに実験的に求められるパラメーターです。 ${\displaystyle NPSHR}$

• 流れの制限によって生じる局所的な圧力降下を特徴付けるオイラー数。キャビテーション数に似た形。