Perfekt sfærisk bobles kollaps skal forklare erosion i maskiner

Perfekt sfærisk bobles kollaps skal forklare erosion i maskiner

Optagelser af en perfekt sfærisk boble, der kollapser under vægtløshed, kan give forskerne ny viden, der kan sikre mod erosion og vibration i hydrauliske maskiner. Se imponerende video af boblekollaps.

Et forskerhold fra Schweiz ville på en af den europæiske rumorganisations ture med et fly, der dykker, så der opleves vægtløshed, lave den mest perfekte sfæriske boble og studere energien, der udløses, når den imploderer.

For kavitation - udviklingen af dampbobler og deres kollaps i væske under lavt tryk - er en stor kilde til erosions- og vibrationsskader i mange industrisystemer. Det voldsomme kollaps af en boble kan eksempelvis resultere i chokbølger, der kan nå et tryk på op til 100 bar.

Hvor voldsomt kollapset er og hvilken mængde af energi, der frigives ved det, afhænger af enhver faktor som tyngdekraften, der kan ødelægge væskens symmetri. Men ingen kender de præcise sammenhænge mellem faktorerne og energiudløsningen.

Forskergruppen af ingeniører og forskere laver forsøgene i den store lukkede kasse. Her ses de under vægtløshed. Foto: ESA

»Ingen har kunnet vise under hvilke forhold en imploderende boble laver mest energi, men det håber vi at kunne vise under vægtløshed. For det er interessant, da det er en seriøs årsag til problemer som erosion og vibrationer i hydrauliske maskiner, og hvis vi ved mere om hvad der sker, kan vi måske sørge for at undgå det,« fortæller Philippe Kobel fra Laboratoriet for Maskinhydraulik på Schweiz' Institut for Teknologi i Lausanne.

Fjerner kilder til asymmetri

Forskerholdets mål er simpelthen at bruge vægtløsheden til at undersøge dynamikken og energien ved den mest sfæriske kavitations boble, der nogensinde er blevet kreeret.

De vil lave verdens mest sfæriske - kuglerunde - boble ved at minimere alle kilder til asymmetri ved at fokusere al energi fra en højenergi laser, der leverer 100 gange så meget energi som lyn, i kort tid på et lille punkt i en stor mængde vand (seks liter) under vægtløshed.

For når perfekte sfæriske bobler kollapser vil de koncentrere deres energi stærkere, nå højere temperaturer og resultere i stærkere chokbølger end normale asymmetriske bobler og dermed give forskerne ny indsigt i hvilke højder, der kan nås.

Boblerne kollapsede under vandtrykket i løbet af omkring 10 ms, så for at optage kollapset brugte forskerne et meget hurtigt kamera, der tog omkring 180.000 billeder pr. sekund. Det er dobbelt så mange billeder per sekund som der er sekunder på en dag, som forskerne påpegede.

På optagelserne kan de observere deformationen af boblerne, afgivelsen af lys ved kollapset samt chokbølgerne, som de også optager med tryksensorer i vandet. Herudover ville de ved hjælp af specielle farvefiltre måle temperaturen, der opnås ved kollapset.

»Vi har fået meget interessante resultater og kan virkelig identificere forskelle på boblerne ved 1 G og 0 G,« fortæller Philippe Kobel, der sammen med kollegerne første gang deltog i en af ESA's parabolflyvninger som studerende og siden blev inviteret tilbage for at lave andre forsøg.

Frustrationer over overophedet computer

Men på flyet gælder det om at udnytte alle de gange man er vægtløs, for man får kun 31 chancer på hver af de tre flyvning og der går mindst et halvt år før man eventuelt får endnu en chance for at udføre eksperimenter ved vægtløshed.

Derfor var frustrationerne også store, da holdet gik glib af flere perioder med vægtløshed under den første flyvning, på grund af at computeren overophedede og lukkede ned. Dette fik de dog nogle computerspecialister til at fikse til anden flyvning, så der ikke længere var problemer.

Se den perfekte sfæriske boble briste

Dokumentation

Find flere videoer på forskergruppens hjemmeside

Kommentarer (2)

Da det er en kendt at damp og gasbobler kollapser i vand eller olie systemer og herved forårsager alvorlig skade, undrer det mig at man forsker i selve kollapset i stedet for hvordan boblerne opstår.

  • 0
  • 0