गुहिकायन
गुहिकायन एक ऐसी घटना है जिसमें द्रव पदार्थ का स्थिर दबाव द्रव पदार्थ के वाष्प के दबाव के नीचे कम हो जाता है, जिससे द्रव पदार्थ में छोटे वाष्प से भरे गुहाओं का गठन होता है। जब यह उच्च दबाव के अधीन होता है, तो ये गुहाएं, जिसे बुलबुले या रिक्तियां कहा जाता है, पतन और आघात तरंगे उत्पन्न कर सकते हैं जो मशीनरी को क्षति पहुंचा सकते हैं। ये आघात तरंगें मजबूत होती हैं जब वो निहित बुलबुले के बहुत समीप होती हैं, लेकिन तेजी से कमजोर होते हैं क्योंकि वे प्रत्यारोपण से दूर प्रचार करते हैं। कुछ अभियांत्रिकी संदर्भों में घिसाव का एक महत्वपूर्ण कारण है। एक धातु की सतह के पास फिसलने वाले रिक्तियां को ढहना बार -बार प्रत्यारोपण के माध्यम से चक्रीय तनाव का कारण बनता है। यह धातु की सतह की थकान का कारण बनता है, जिससे एक प्रकार का घिसाव भी होता है जिसे गुहा कहा जाता है। इस तरह के घिसाव के सबसे आम उदाहरण उत्तेजित करने वाले को पंप करना, और झुकना है जहां द्रव पदार्थ की दिशा में अचानक परिवर्तन होता है। गुहिकायन को सामान्यत: व्यवहार के दो वर्गों में विभाजित किया जाता है: जड़त्वीय (या क्षणिक) गुहिकायन और गैर- जड़त्वीय गुहिकायन है।
जिस प्रक्रिया में द्रव पदार्थ में एक शून्य या बुलबुला तेजी से ढह जाता है, एक आघात तरंग का उत्पादन करता है, जिसे जड़त्वीय गुहिकायन कहा जाता है। जड़त्विक गुहिकायन प्रकृति में एक प्रकार का कीड़ा झींगा और पिस्तौल झींगा के साथ -साथ पौधों के संवहनी ऊतको में भी होता है। कृत्रिम वस्तुओं में, यह नियंत्रण अभिद्वार, पंप, प्रेरक और उत्तेजित करने वालो में हो सकता है।
गैर-जड़त्वीय गुहिकायन वह प्रक्रिया है जिसमें द्रव पदार्थ पदार्थ में एक बुलबुले को ऊर्जा उत्पादक सामग्री के कुछ रूप के कारण आकार या आकार में दोलन करने के लिए मजबूर किया जाता है, जैसे कि ध्वनि। इस तरह के गुहिकायन को प्राय: अल्ट्रासोनिक सफाई स्नान में नियोजित किया जाता है और पंप, प्रेरक, आदि में भी देखा जा सकता है।
चूंकि रिक्तियों के पतन से गठित आघात तरंगें भागों को महत्वपूर्ण क्षति पहुंचाने के लिए पर्याप्त मजबूत होती हैं, गुहिकायन सामान्यत: मशीनरी में एक अवांछनीय घटना होती है (हालांकि यदि जानबूझकर उपयोग किया जाता है, तो उदाहरण के लिए, दूषित सर्जिकल उपकरणों को निष्फल करने के लिए, जल शुद्धि में प्रदूषकों को तोड़ने के लिए, जल शुद्धि में प्रदूषकों को तोड़ना, मोतियाबिंद सर्जरी या किडनी स्टोन अश्मरीभंजक, या होमोजेनीज़े द्रव पदार्थ पदार्थ के लिए रासायनिक पायसी करना)। यह प्राय: विशेष रूप से टर्बाइन या प्रेरक जैसी मशीनों के डिजाइन में रोका जाता है, और द्रव पदार्थ गतिकी के अध्ययन में गुहिकायन को समाप्त करना एक प्रमुख क्षेत्र है। हालांकि, यह कभी -कभी उपयोगी होता है और क्षति का कारण नहीं बनता है जब बुलबुले मशीनरी से दूर हो जाते हैं, जैसे कि उत्तम गुहिकायन में है।
भौतिकी
जड़त्वीय गुहिकायन
द्रव पदार्थ के भीतर एक गोलाकार रिक्ति के पतन को देखते हुए, 19 वीं शताब्दी के उत्तरार्ध में जड़त्वीय गुहिकायन पहली बार देखा गया था। जब द्रव पदार्थ की मात्रा को पर्याप्त रूप से कम दबाव के अधीन किया जाता है, तो यह टूट सकता है और एक गुहा बन सकता है। इस घटना को गुहा में गाढ़ा गया है और एक तेजी से घूर्णन प्रेरक के ब्लेड के पीछे या पर्याप्त आयाम और त्वरण के साथ द्रव पदार्थ में किसी भी सतह पर कंपन के पीछे हो सकता है। एक तेजी से बहने वाली नदी चट्टान की सतहों पर गुहिकायन का कारण बन सकती है, खासकर जब बहार निकलना होता है, जैसे कि एक झरने पर है।
गुहिकायन रिक्तियां उत्पन्न करने के अन्य तरीकों में ऊर्जा का स्थानीय विवरण सम्मलित होता है, जैसे कि एक गहन केंद्रित लेजर स्पन्द (प्रकाशिक गुहिकायन) या एक चिंगारी के माध्यम से विधुत निर्वहन के साथ है। वाष्प गैसें आसपास के माध्यम से गुहा में वाष्पित हो जाती हैं;इस प्रकार, गुहा एक शून्यक नहीं है, बल्कि एक कम दबाव वाष्प (गैस) बुलबुला है। एक बार जब बुलबुले के कारण होने वाली स्थिति अब उपस्थित नहीं होती है, जैसे कि जब बुलबुला नीचे की ओर बढ़ता है, तो आसपास का द्रव पदार्थ इसके उच्च दबाव के कारण फंसने लगता है, जिससे जड़ता का निर्माण होता है क्योंकि यह अंदर की ओर बढ़ता है। जैसे -जैसे बुलबुला अंत में ढह जाता है, आसपास के द्रव पदार्थ की आवक जड़ता वाष्प के दबाव और तापमान की तेज वृद्धि का कारण बनती है। अंततः बुलबुला अपने मूल आकार के एक मिनट के अंश तक ढह जाता है, जिस पर गैस के भीतर गैस आसपास के द्रव पदार्थ विक्टनरी में फैल जाती है:पूर्वसूचक के माध्यम से एक हिंसक तंत्र जो एक ध्वनिक आघात तरंग और द्रश्यमान प्रकाश के रूप में ऊर्जा की एक महत्वपूर्ण मात्रा जारी करता है| पतन के कुल बिंदु पर, बुलबुले के भीतर वाष्प का तापमान कई हजार केल्विन और दबाव कई सौ वायुमंडल हो सकता है|[1]
एक ध्वनिक क्षेत्र की उपस्थिति में जड़त्वीय गुहिकायन भी हो सकता है। माइक्रोस्कोपिक गैस बुलबुले जो सामान्यत: द्रव पदार्थ में उपस्थित होते हैं, उन्हें एक कार्यरत ध्वनिक क्षेत्र के कारण दोलन करने के लिए विवश किया जाएगा। यदि ध्वनिक तीव्रता पर्याप्त रूप से अधिक है, तो बुलबुले पहले आकार में बढ़ेंगे और फिर तेजी से ढह जाएंगे। इसलिए, जड़त्वीय गुहिकायन तब भी हो सकता है, भले ही द्रव पदार्थ में दुर्लभता एक रेले-जैसे शून्य होने के लिए अपर्याप्त हो। उच्च शक्ति वाले अल्ट्रासोनिक्स सामान्यत: सतहों, द्रव पदार्थों और स्लरी के उपचार के लिए सूक्ष्म शून्यक बुलबुले के जड़त्वीय गुहिकायन का उपयोग करते हैं।
गुहिकायन की स्थापना की भौतिक प्रक्रिया उबलने के समान है। दोनों के बीच प्रमुख अंतर ऊष्मप्रवैगिकी मार्ग है जो वाष्प के गठन से पहले होता है। उबलते हुए तब होता है जब द्रव पदार्थ का स्थानीय तापमान संतृप्ति तापमान तक पहुंच जाता है, और आगे गर्मी की आपूर्ति होती है ताकि द्रव पदार्थ को गैस में पर्याप्त रूप से चरण संक्रमण की अनुमति मिल सके। गुहिकायन की स्थापना तब होती है जब स्थानीय दबाव संतृप्त वाष्प के दबाव से बहुत नीचे गिरता है, एक निश्चित तापमान पर द्रव पदार्थ की शक्ति ताकत द्वारा दिया गया मूल्य है। [2]
गुहिकायन की स्थापना के लिए, गुहिकायन बुलबुले को सामान्यत: एक सतह की आवश्यकता होती है जिस पर वे केंद्रक कर सकते हैं। यह सतह एक कंटेनर के किनारों द्वारा, द्रव पदार्थ में अशुद्धता द्वारा, या द्रव पदार्थ के भीतर छोटे अप्रकाशित सूक्ष्म बुलबुलो द्वारा प्रदान की जा सकती है। यह सामान्यत: स्वीकार किया जाता है कि जल विरोधी सतहों को छोटे बुलबुले को स्थिर किया जाता है। जब वे दहलीज के दबाव के नीचे एक दबाव के संपर्क में होते हैं, तो ये पहले से उपस्थित बुलबुले असीम होने लगते हैं, ब्लेक की दहलीज को कहा जाता है। [3] एक गुहिकायन नाभिक के अंदर एक असंगत मूल की उपस्थिति ब्लेक दहलीज के नीचे गुहिकायन सीमा को बहुत कम करती है। [4]
यहां वाष्प का दबाव वाष्प के दबाव की मौसम संबंधी परिभाषा से भिन्न होता है, जो वायुमंडल में पानी के आंशिक दबाव का वर्णन करता है जो 100% से कम के मूल्य पर कुछ मूल्य पर है। गुहिकायन से संबंधित वाष्प का दबाव संतुलन की स्थिति में वाष्प के दबाव को संदर्भित करता है और इसलिए इसे संतुलन (या संतृप्त) वाष्प दबाव के रूप में अधिक यथार्थ रूप से परिभाषित किया जा सकता है।
गैर-जड़त्वीय गुहिकायन वह प्रक्रिया है जिसमें द्रव पदार्थ में छोटे बुलबुले एक ध्वनिक क्षेत्र की उपस्थिति में दोलन करने के लिए बाध्य होते हैं, जब ध्वनिक क्षेत्र की तीव्रता कुल बुलबुला पतन के कारण अपर्याप्त होती है। गुहिकायन का यह रूप जड़त्वीय गुहिकायन की तुलना में काफी कम कटाव का कारण बनता है, और प्राय: सिलिकॉन बिस्किटस जैसे नाजुक सामग्री की सफाई के लिए उपयोग किया जाता है।
द्रवगतिकीय गुहिकायन
द्रवगतिकीय गुहिकायन वाष्पीकरण, बुलबुला उत्पादन और बुलबुला प्रत्यारोपण की प्रक्रिया है जो स्थानीय दबाव में कमी और बाद में वृद्धि के परिणामस्वरूप एक बहने वाले द्रव पदार्थ में होता है। गुहिकायन केवल तभी होगा जब स्थानीय दबाव द्रव पदार्थ के संतृप्त वाष्प दबाव के नीचे कुछ बिंदु पर गिरावट आए और बाद में वाष्प के दबाव के ऊपर वसूली हो। यदि वसूली दबाव वाष्प के दबाव से ऊपर नहीं है, तो उसे चमकदार कहा जाता है। पाइप प्रणाली में, गुहिकायन सामान्यत: या तो गतिज ऊर्जा में वृद्धि (एक क्षेत्र कसना के माध्यम से) या पाइप ऊंचाई में वृद्धि के परिणामस्वरूप होता है।
द्रवगतिकीय गुहिकायन को एक विशिष्ट प्रवाह वेग पर एक संकुचित चैनल के माध्यम से द्रव पदार्थ पास करके या द्रव पदार्थ के माध्यम से किसी वस्तु के यांत्रिक घूर्णन द्वारा द्रव पदार्थ पास करके उत्पादित किया जा सकता है। संकुचित चैनल के मामले में और प्रणाली के विशिष्ट (या अद्वितीय) ज्यामिति के आधार पर, दबाव और गतिज ऊर्जा का संयोजन उच्च ऊर्जा गुहिकायन बुलबुले उत्पन्न करने वाले स्थानीय कसना के द्रवगतिकीय गुहिकायन गुफाओं का निर्माण कर सकता है।
ऊष्मप्रवैगिकी चरण परिवर्तन आरेख के आधार पर, तापमान में वृद्धि एक ज्ञात चरण परिवर्तन तंत्र को उबलने के रूप में जाना जा सकता है। हालांकि, स्थैतिक दबाव में कमी भी एक बहु-चरण आरेख को पारित करने में मदद कर सकती है और एक और चरण परिवर्तन तंत्र की आरंभ कर सकती है जिसे गुहिकायन के रूप में जाना जाता है। दूसरी ओर, प्रवाह वेग में एक स्थानीय वृद्धि से महत्वपूर्ण बिंदु पर एक स्थिर दबाव गिर सकता है, जिस पर गुहिकायन प्रारंभ किया जा सकता है (बर्नौली के सिद्धांत के आधार पर)। महत्वपूर्ण दबाव बिंदु वाष्प संतृप्त दबाव है। एक बंद द्रव प्रणाली में जहां कोई प्रवाह रिसाव का पता नहीं चलता है, पार अनुभागीय क्षेत्र में कमी से वेग वृद्धि होती है और इसलिए स्थैतिक दबाव गिरता है। यह जल उपचार, ऊर्जा कटाई, गर्मी हस्तांतरण वृद्धि, खाद्य प्रसंस्करण, आदि जैसे विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए कई द्रवगतिकीय गुहिकायन आधारित रिएक्टरों का कार्य सिद्धांत है। [5]
एक गुहिकायन प्रवाह प्रगति के रूप में अलग -अलग प्रवाह स्वरूपों का पता लगाया जाता है: स्थापना, विकसित प्रवाह, उत्तम गुहिकायन और घुटा हुआ प्रवाह है। आरंभ पहला क्षण है जो प्रणाली में दूसरा चरण (गैस चरण) दिखाई देता है। यह उच्चतम गुहिकायन संख्या के अनुरूप एक प्रणाली में पकड़ा गया सबसे कमजोर गुहा प्रवाह है। जब गुहाएं बढ़ती हैं और छिद्र या वेंचुरी संरचनाओं में आकार में बड़ी हो जाती हैं, तो विकसित प्रवाह दर्ज किया जाता है। सबसे तीव्र गुहा प्रवाह को उत्तम गुहिकायन के रूप में जाना जाता है जहां सैद्धांतिक रूप से एक छिद्र के सभी नोजल क्षेत्र गैस के बुलबुले से भरे होते है। यह प्रवाह शासन एक प्रणाली में सबसे कम गुहिकायन संख्या से मेल खाता है। उत्तम गुहिकायन के बाद, प्रणाली अधिक प्रवाह को पारित करने में सक्षम नहीं है। इसलिए, वेग नहीं बदलता है जबकि इसके ऊपर दबाव बढ़ता है। इससे गुहिकायन संख्या में वृद्धि होगी जिससे पता चलता है कि चोक प्रवाह हुआ। [6]
बुलबुला उत्पादन की प्रक्रिया, और बाद में विकास और गुहिकायन बुलबुले के पतन, बहुत अधिक ऊर्जा घनत्व और बहुत अधिक स्थानीय तापमान और बहुत कम समय के लिए बुलबुले की सतह पर स्थानीय दबावों में परिणाम होता है। इसलिए, समग्र द्रव पदार्थ मध्यम वातावरण, परिवेश की स्थिति में रहता है। जब अनियंत्रित होता है, तो गुहिकायन हानिकारक होता है;गुहिकायन के प्रवाह को नियंत्रित करके, हालांकि, शक्ति को दोहन और गैर-विनाशकारी किया जा सकता है। नियंत्रित गुहिकायन का उपयोग रासायनिक प्रतिक्रियाओं को बढ़ाने या कुछ अप्रत्याशित प्रतिक्रियाओं को प्रचारित करने के लिए किया जा सकता है क्योंकि गुफाओं के बुलबुले में फंसे वाष्प के विघटन के कारण प्रक्रिया में मुक्त कण उत्पन्न होते हैं। [7]
गुहिकायन उत्पन्न करने के लिए व्यापक रूप से उपयोग किए जाने की सूचना दी जाती है। एक वेंचुरी के एक छिद्र पर एक अंतर्निहित लाभ होता है क्योंकि इसके चिकनी अभिसरण और अपसारी भाग के कारण, जैसे कि यह किसी दिए गए दबाव ड्रॉप के लिए गले में एक उच्च प्रवाह वेग उत्पन्न कर सकता है। दूसरी ओर, एक छिद्र का एक लाभ है कि यह पाइप के किसी दिए गए पार अनुभागीय क्षेत्र में अधिक से अधिक छेद (छेद की बड़ी परिधि) को समायोजित कर सकता है। [8]
उच्च गति वाले समुद्री जहाजों और प्रक्षेप्य के प्रदर्शन को बढ़ाने के लिए गुहिकायन घटना को नियंत्रित किया जा सकता है, साथ ही साथ सामग्री प्रसंस्करण प्रौद्योगिकियों में, चिकित्सा में, आदि। द्रव पदार्थ पदार्थों में गुहा के प्रवाह को नियंत्रित करना केवल गुहा के गणितीय नींव को आगे बढ़ाकर प्राप्त किया जा सकता है। प्रक्रियाएं:इन प्रक्रियाओं को अलग -अलग तरीकों से प्रकट किया जाता है, सबसे आम लोग और नियंत्रण के लिए वादा करते हैं बुलबुला गुहिकायन और उत्तम गुहिकायन। पहले यथार्थ चिरसम्मत समाधान को शायद 1868 में हरमन वॉन हेल्महोल्त्ज़ द्वारा प्रसिद्ध समाधान के लिए श्रेय दिया जाना चाहिए। [9] मुक्त सीमाओं और उत्तम गुहिकायन के साथ एक गुफाओं के प्रवाह के सिद्धांत पर अकादमिक प्रकार के आरंभी प्रतिष्ठित अध्ययन पुस्तक धार्स, वेक्स और गुहाओं में प्रकाशित किए गए थे[10] आदर्श द्रव के धार्स के सिद्धांत के बाद। [11] इन पुस्तकों में व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला एक जटिल चर के कार्यों के अनुरूप मानचित्रण का अच्छी तरह से विकसित सिद्धांत था, जिससे किसी को विमान की समस्याओं के यथार्थ समाधानों की एक बड़ी संख्या प्राप्त हो सकती है। अनुमानित और अनुमानी आदर्श के साथ उपस्थिता यथार्थ समाधानों को मिलाकर एक और स्थल मुक्त सीमाओं के साथ प्रवाह के कार्य के द्रवगतिकीय में खोजा गया था[12] यह गुहा विस्तार स्वतंत्रता के सिद्धांत के आधार पर क्रियान्वित गणना तकनीकों को परिष्कृत करता है, स्पंदनों के सिद्धांत और लम्बी अक्षीय गुहाओं की स्थिरता, आदि। [13] और जहाजों के जल यांत्रिकी की समस्याओं में आयामीता और समानता के तरीकों में करता है। [14]
इन अध्ययनों की एक प्राकृतिक निरंतरता हाल ही में गुफा प्रवाह के द्रवगतिकीय में प्रस्तुत की गई थी[15] - विश्वकोश कार्य पिछले तीन दशकों से इस कार्यक्षेत्र में सभी बेहतरीन प्रगति को सम्मलित करता है, और कंप्यूटर प्रौद्योगिकियों की आधुनिक क्षमताओं के साथ गणितीय अनुसंधान के चिरसम्मत तरीकों को सम्मिश्रण करता है। इनमें 3 डी गुहिकायन समस्याओं को हल करने के गैर रैखीय संख्यात्मक तरीकों का विस्तार, ज्ञात विमान रैखिक सिद्धांतों का शोधन, अक्षीय और लगभग अक्षीय प्रवाह के स्पर्शोन्मुख सिद्धांतों का विकास, आदि के रूप में चिरसम्मत दृष्टिकोणों की तुलना में, नई प्रवृत्ति की विशेषता है। 3 डी प्रवाह में सिद्धांत: यह उत्तमगुहिकायन निकायों के द्रवगतिकीय पर एक क्रियान्वित चरित्र के वर्तमान कार्यों के साथ एक निश्चित सहसंबंध को भी दर्शाता है।
द्रवगतिकीय गुहिकायन भी कुछ औद्योगिक प्रक्रियाओं में सुधार कर सकता है। उदाहरण के लिए, गुफानी मकई घोल सूखी मिलिंग सुविधाओं में अनचाहे मकई घोल की तुलना में इथेनॉल उत्पादन में उच्च उपज दिखाता है। [16]
इसका उपयोग जैव-दुर्दम्य यौगिकों के खनिजकरण में भी किया जाता है, जो अन्यथा अत्यधिक उच्च तापमान और दबाव की स्थिति की आवश्यकता होगी क्योंकि मुक्त कणों को प्रक्रिया में उत्पन्न किया जाता है, जो कि गुफाओं के बुलबुले में फंसे वाष्प के विघटन के कारण होता है, जिसके परिणामस्वरूप या तो तीव्रता का गहनता हैरासायनिक प्रतिक्रिया या यहां तक कि कुछ प्रतिक्रियाओं के प्रसार का परिणाम हो सकता है अन्यथा परिवेश की स्थिति के तहत संभव नहीं है। [17]
अनुप्रयोग
रासायनिक अभियन्त्रिकी
उद्योग में, गुहिकायन का उपयोग प्राय: एकरुपता (रसायन विज्ञान) के लिए किया जाता है, या मिश्रण और टूटने, निलंबित कणों को कोलाइडयन का द्रव पदार्थ यौगिक जैसे पेंट मिश्रण या दूध में निलंबित कर दिया जाता है। कई औद्योगिक मिश्रण मशीनें इस डिजाइन सिद्धांत पर आधारित हैं। यह सामान्यत: प्रेरित करने वाले डिजाइन के माध्यम से या एक कुंडलाकार उद्घाटन के माध्यम से मिश्रण को मजबूर करके प्राप्त किया जाता है जिसमें एक बहुत बड़े निकास छिद्र के साथ एक संकीर्ण प्रवेश छिद्र होता है। बाद के मामले में, दबाव में भारी कमी के रूप में द्रव पदार्थ एक बड़ी मात्रा में तेजी लाता है गुहिकायन को प्रेरित करता है। इस विधि को द्रव चलित उपकरणों के साथ नियंत्रित किया जा सकता है जो प्रवेश छिद्र आकार को नियंत्रित करते हैं, प्रक्रिया के दौरान गतिशील समायोजन के लिए अनुमति देते हैं, या विभिन्न पदार्थों के लिए संशोधन करते हैं। इस प्रकार के मिश्रण अभिद्वार की सतह, जिसके खिलाफ सतह के बुलबुले को उनके निहितार्थ के कारण संचालित किया जाता है, जबरदस्त यांत्रिक और थर्मल स्थानीयकृत तनाव से गुजरता है;इसलिए वे प्राय: स्टेनलेस स्टील, उपग्रह, या यहां तक कि पॉलीक्रिस्टलाइन डायमंड (पीसीडी) जैसे बेहद मजबूत और कठोर सामग्रियों से निर्मित होते हैं।
जल शोधन उपकरणों को भी डिजाइन किया गया है, जिसमें गुहिकायन की चरम स्थितियां प्रदूषकों और कार्बनिक अणुओं को तोड़ सकती हैं। सोनोकेमिस्ट्री में उत्सर्जित प्रकाश का वर्ण क्रमीय विश्लेषण ऊर्जा हस्तांतरण के रासायनिक और प्लाज्मा-आधारित तंत्र को प्रकट करता है। गुहिकायन बुलबुले से उत्सर्जित प्रकाश को सोनोलुमिनेसेंस कहा जाता है।
इस तकनीक के उपयोग को वनस्पति तेलों के क्षार शोधन में सफलतापूर्वक आजमाया गया है। [18]
जल विरोधी रसायनों को गुहिकायन द्वारा पानी के नीचे आकर्षित किया जाता है क्योंकि बुलबुले और द्रव पदार्थ जल के बीच दबाव अंतर उन्हें सम्मलित होने के लिए मजबूर करता है। यह प्रभाव प्रोटीन तह में सहायता कर सकता है। [19]
जैव चिकित्सा
अति - भौतिक आघात तरंग लिथोट्रिप्सी में गुर्दे की पत्थरों के विनाश के लिए गुहिकायन एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। [20] वर्तमान में, परीक्षण किए जा रहे हैं कि क्या गुहिकायन का उपयोग बड़े अणुओं को जैविक कोशिका (जीव विज्ञान) (सोनोप्रेशन) में स्थानांतरित करने के लिए किया जा सकता है। नाइट्रोजन गुहिकायन एक विधि है जिसका उपयोग अनुसंधान में लाईस कोशिका झिल्ली के लिए किया जाता है, जबकि अंगों को छोड़ दिया जाता है।
गुहा में विभिन्न प्रकार के रोगों के उपचार के लिए ऊतक के गैर-थर्मल, गैर-आक्रामक विभाजन में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है[21] और मस्तिष्क में न्यूरोलॉजिकल दवाओं को बढ़ाने के लिए रक्त-मस्तिष्क की बाधा को खोलने के लिए उपयोग किया जा सकता है। [22]
गुहिकायन भी कैंसर के लिए एक थर्मल गैर-आक्रामक उपचार पद्धति एचआईएफयू में एक भूमिका निभाता है। [23]
उच्च वेग प्रभावों के कारण होने वाले घावों में (उदाहरण के लिए बुलेट के घावों) के कारण गुहिकायन के कारण भी प्रभाव होते हैं। यथार्थ घाव तंत्र को अभी तक पूरी तरह से समझा नहीं गया है क्योंकि अस्थायी गुहिकायन है, और पिसाई, फाड़ और खींच के साथ स्थायी गुहिकायन एक साथ है। इसके अलावा शरीर के भीतर घनत्व में उच्च विचरण इसके प्रभावों को निर्धारित करना कठिन बनाता है। [24]
अल्ट्रासाउंड का उपयोग कभी-कभी हड्डी के गठन को बढ़ाने के लिए किया जाता है, उदाहरण के लिए शल्य चिकित्सा अनुप्रयोगों में। [25]
यह सुझाव दिया गया है कि जोड़ों को क्रैक करने की आवाज़ क्रैकिंग पोर संयुक्त के भीतर श्लेष द्रव में गुहिकायन के पतन से निकलता है। [26]
गुहिकायन ओजोन सूक्ष्म-नैनोबुलबुले भी बना सकता है जो दंत अनुप्रयोगों में वादा दिखाता है। [27]
सफाई
औद्योगिक सफाई अनुप्रयोगों में, गुहिकायन में कण-से-आणविक चिपके बलों को दूर करने के लिए पर्याप्त शक्ति होती है, जो दूषित पदार्थों को ढीला करती है। गुहिकायन प्रारंभ करने के लिए आवश्यक दहलीज दबाव स्पंद चौड़ाई और बिजली उत्पादक सामग्रीका एक मजबूत कार्य है। यह विधि सफाई द्रव पदार्थ में ध्वनिक गुहिकायन उत्पन्न करके कार्य करती है, इस उम्मीद में दूषित कणों को उठाकर और ले जाती है कि वे साफ -सुथरे सामग्री को फिर से नहीं पाते हैं (जो एक संभावना है जब वस्तु डूब जाती है, उदाहरण के लिए एक अल्ट्रासोनिक क्लीनिंग बाथ में)। एक ही भौतिक बल जो दूषित पदार्थों को हटाते हैं, उनमें लक्ष्य को साफ करने की क्षमता भी होती है।
भोजन और पेय
अंडे
अंडे के पास्चुरीकरण के लिए गुहिकायन क्रियान्वित किया गया है। एक छेद से भरा घूर्णक भाग गुहिकायन बुलबुले का उत्पादन करता है, भीतर से द्रव पदार्थ को गर्म करता है। उपकरण की सतह गुजरने वाले द्रव पदार्थ की तुलना में ठंडा रहती है, इसलिए अंडे कठोर नहीं होते हैं क्योंकि उन्होंने पुराने उपकरणों की गर्म सतहों पर किया था। गुहिकायन की तीव्रता को समायोजित किया जा सकता है, जिससे न्यूनतम प्रोटीन क्षति के लिए प्रक्रिया को मिलाना संभव हो जाता है। [28]
वनस्पति तेल उत्पादन
2011 से वनस्पति तेल की कमी और शोधन पर गुहिकायन क्रियान्वित किया गया है और इसे इस आवेदन में एक सिद्ध और मानक तकनीक माना जाता है। गोंद निकालना और संशोधन प्रक्रिया में द्रवगतिकीय गुहिकायन का कार्यान्वयन प्रक्रिया सहायता में एक महत्वपूर्ण कमी के लिए अनुमति देता है, जैसे कि रसायन, पानी और विरंजन मिट्टी, उपयोग। [29][30][31][32][33]
जैव ईंधन
जैवडीजल
2011 से जैवडीजल उत्पादन के लिए गुहिकायन क्रियान्वित किया गया है और इसे इस अनुप्रयोग में एक सिद्ध और मानक तकनीक माना जाता है। ट्रांसस्टेरिफिकेशन प्रक्रिया में द्रवगतिकीय गुहिकायन के कार्यान्वयन से उत्प्रेरक उपयोग, गुणवत्ता में सुधार और उत्पादन क्षमता में महत्वपूर्ण कमी की अनुमति मिलती है। [34][35][36]
गुहा का क्षति
गुहिकायन, कई मामलों में, एक अवांछनीय घटना है। प्रेरक और पंप जैसे उपकरणों में, गुहिकायन शोर का एक बड़ा कारण, घटकों को क्षति, कंपन और दक्षता का क्षति का कारण बनता है। गुहिकायन के कारण होने वाला शोर नौसेना के जहाजों में विशेष रूप से अवांछनीय हो सकता है, जहां इस तरह के शोर को निष्क्रिय सोनार द्वारा अधिक आसानी से पता लगाने योग्य हो सकता है। अक्षय ऊर्जा क्षेत्र में गुहिकायन भी एक चिंता का विषय बन गया है क्योंकि यह ज्वारीय धारा जनरेटर की ब्लेड सतह पर हो सकता है। [37]
जब गुहिकायन बुलबुले ढह जाते हैं, तो वे ऊर्जावान द्रव पदार्थ को बहुत छोटे संस्करणों में विवश करते हैं, जिससे उच्च तापमान के धब्बे बनाते हैं और आघात लहरों का उत्सर्जन होता है, जिनमें से उत्तरार्द्ध शोर का एक स्रोत होता है। गुहिकायन द्वारा बनाया गया शोर सैन्य पनडुब्बियों के लिए एक विशेष प्रकरण है, क्योंकि यह निष्क्रिय सोनार द्वारा पता लगाने की संभावना को बढ़ाता है।
यद्यपि एक छोटी गुहा का पतन एक अपेक्षाकृत कम-ऊर्जा की घटना है, अत्यधिक स्थानीयकृत पतन धातुओं, जैसे कि स्टील, समय के साथ मिटा सकते हैं। [38] गुहाओं के पतन के कारण होने वाली पिटाई घटकों पर शानदार पहनती है और नाटकीय रूप से एक प्रेरक या पंप के जीवनकाल को छोटा कर सकती है।
एक सतह प्रारंभ में गुहिकायन से प्रभावित होने के बाद, यह एक तेज गति से मिट जाता है। गुहिकायन के गड्ढे द्रव प्रवाह की अशांति को बढ़ाते हैं और उन दरारें उत्पन्न करते हैं जो अतिरिक्त गुहिकायन बुलबुले के लिए केंद्रक साइटों के रूप में कार्य करते हैं। गड्ढे घटकों के सतह क्षेत्र को भी बढ़ाते हैं और अवशिष्ट तनावों को पीछे छोड़ देते हैं। यह सतह को जंग के तनाव को तनाव में डाल देता है। [39]
पंप और प्रेरक
प्रमुख स्थान जहां गुहिकायन होता है, पंपों में, प्रेरक पर, या बहने वाले द्रव पदार्थ में प्रतिबंधों पर होता है।
एक उत्तेजित करने के (एक पंप में) या प्रेरक के रूप में (जैसा कि एक जहाज या पनडुब्बी के मामले में) ब्लेड द्रव पदार्थ पदार्थ के माध्यम से चलते हैं, कम दबाव वाले क्षेत्र बनते हैं क्योंकि द्रव चारों ओर तेज होता है और ब्लेड से आगे बढ़ता है। जितनी तेजी से ब्लेड चलता है, उतना ही कम दबाव इसके चारों ओर हो सकता है। चूंकि यह वाष्प दबाव तक पहुंचता है, द्रव वाष्पीकरण और गैस के छोटे द्रव पदार्थ बुलबुले बनाता है। यह गुहा है। जब बुलबुले बाद में गिर जाते हैं, तो वे सामान्यत: द्रव में बहुत मजबूत स्थानीय आघात तरंगों का कारण बनते हैं, जो श्रव्य हो सकता है और ब्लेड को भी क्षति पहुंचा सकता है।
पंपों में गुहिकायन दो अलग -अलग रूपों में हो सकता है:
चूषण गुहिकायन
चूषण गुहिकायन तब होता है जब पंप चूषण कम दबाव/उच्च-शून्यक स्थिति के तहत होता है, जहां द्रव पदार्थ पंप प्ररित करनेवाला की आंखों में एक वाष्प में बदल जाता है। इस वाष्प को पंप के स्खलन किनारे में ले जाया जाता है, जहां यह अब शून्यक नहीं देखता है और स्खलन दबाव द्वारा द्रव पदार्थ में वापस संकुचित हो जाता है। यह निहित कार्रवाई हिंसक रूप से होती है और प्ररित करनेवाला के चेहरे पर हमला करती है। एक प्ररित करनेवाला जो एक चूषण गुहिकायन की स्थिति के तहत कार्य कर रहा है, उसके चेहरे से हटाए गए सामग्री के बड़े हिस्से हो सकते हैं या सामग्री के बहुत छोटे टुकड़े.को हटा दिया जाता है, जिससे प्रजनक स्पनज कि तरह दिखता है। दोनों मामले पंप की समय से पहले विफलता का कारण बनेंगे, प्राय: असर विफलता के कारण। चूषण गुहिकायन को प्राय: पंप आवरण में बजरी या पत्थर जैसी ध्वनि से पहचाना जाता है।
चूषण गुहिकायन के सामान्य कारणों में भरा फिल्टर, चूषण भुजा पर पाइप रुकावट, खराब पाइपलाईन डिज़ाइन, पंप वक्र पर बहुत दूर तक चलने वाले पंप, या नेट सकारात्मक सक्षण सिर (नेट पॉजिटिव चूषण हेड) आवश्यकताओं को पूरा नहीं करने की स्थिति सम्मलित हो सकती है। [40]
ऑटोमोटिव अनुप्रयोगों में, द्रव चलित प्रणाली (पावर स्टीयरिंग, पावर ब्रेक) में एक भरा हुआ फ़िल्टर चूषण गुहिकायन का कारण बन सकता है जो एक शोर बनाता है जो इंजन आरपीएम के साथ सिंक में गिरता है। यह काफी बार एक उच्च पिच वाली कराहना है, जैसे कि नायलॉन गियर्स का सेट काफी सही ढंग से नहीं है।
स्खलन गुहिकायन
स्खलन गुहिकायन तब होता है जब पंप का स्खलन दबाव बहुत अधिक होता है, सामान्यत: एक पंप में होता है जो इसकी सबसे अच्छी दक्षता बिंदु के 10% से कम पर चल रहा है। उच्च स्खलन दबाव के कारण द्रव का अधिकांश हिस्सा पंप के अंदर प्रसारित होने के बजाय स्खलन को प्रवाहित करने की अनुमति देता है। जैसे ही द्रव पदार्थ प्ररित करनेवाले के चारों ओर बहता है, इसे उच्च प्रवाह वेग पर प्ररित करनेवाले और पंप आवास के बीच छोटे निकासी से गुजरना होगा। यह प्रवाह वेग आवास की दीवार पर विकसित करने के लिए एक शून्यक का कारण बनता है (एक वेंचुरी प्रभाव में क्या होता है), जो द्रव पदार्थ को एक वाष्प में बदल देता है। एक पंप जो इन परिस्थितियों में कार्य कर रहा है, वह प्ररित करनेवाला फलक सलाह और पंप हाउसिंग के समय से पहले पहनता है। इसके अलावा, उच्च दबाव की स्थिति के कारण, पंप की यांत्रिक सील और आचरण के समय से पहले विफलता की उम्मीद की जा सकती है। अंतिम शर्तों के तहत, यह प्ररित करनेवाला शाफ्ट को तोड़ सकता है।
संयुक्त द्रव पदार्थ, पदार्थ में स्खलन गुहिकायन को हड्डी के क्रैकिंग जोड़ों द्वारा उत्पादित पॉपिंग ध्वनि का कारण माना जाता है, उदाहरण के लिए जानबूझकर किसी के पोर को क्रैक करके।
गुहिकायन समाधान
चूंकि सभी पंपों को अपनी क्षमता को पूरा करने के लिए अच्छी तरह से विकसित प्रवेश प्रवाह की आवश्यकता होती है, एक पंप दोषपूर्ण चूषण पाइपलाईन विन्यास जैसे कि प्रवेश निकला हुआ किनारा पर एक समीपी-युग्मित कोहनी के रूप में अपेक्षित नहीं हो सकता है या उतना विश्वसनीय हो सकता है। जब खराब रूप से विकसित प्रवाह पंप प्ररित करनेवाले में प्रवेश करता है, तो यह फलक पर हमला करता है और प्ररित करनेवाला मार्ग का पालन करने में असमर्थ होता है। द्रव पदार्थ तब फलक से अलग हो जाता है, जो गुहा, कंपन और प्रदर्शन की समस्याओं के कारण यांत्रिक समस्याओं का कारण बनता है, जो अशांति और प्ररित करनेवाले के खराब भरने के कारण होता है। इसके परिणामस्वरूप समय से पहले सील, असर और प्ररित करनेवाला विफलता, उच्च रखरखाव लागत, उच्च बिजली की खपत, और कम-निर्दिष्ट सिर और/या प्रवाह में परिणाम होता है।
अच्छी तरह से विकसित प्रवाह पैटर्न होने के लिए, पंप निर्माता के नियमित पंप प्रवेश निकले हुए किनारे के सीधे पाइप के बारे में (10 व्यास?) सलाह देते हैं। दुर्भाग्य से, पाइपलाईन डिजाइनरों और प्लांट कर्मियों को अंतरिक्ष और उपकरण विन्यास की कमी के साथ संघर्ष करना चाहिए और सामान्यत: इस सिफारिश का पालन नहीं कर सकते हैं। इसके बजाय, पंप चूषण के लिए एक कोहनी के समीप-समीप का उपयोग करना आम है जो पंप चूषण में एक खराब विकसित प्रवाह स्वरूप बनाता है। [41]
दोहरा-चूषण पंप के साथ एक समीपी-युग्मित कोहनी से बंधा हुआ, प्ररित करनेवाले को प्रवाह वितरण खराब है और विश्वसनीयता और प्रदर्शन की कमी का कारण बनता है। कोहनी प्रवाह को असमान रूप से कोहनी के बाहर से अधिक प्रणाली के साथ विभाजित करती है। नतीजतन, दोहरा-चूषण प्ररित करनेवाले के एक पक्ष को उच्च प्रवाह वेग और दबाव पर अधिक प्रवाह प्राप्त होता है, जबकि उत्कट पक्ष एक अत्यधिक अशांत और संभावित रूप से हानिकारक प्रवाह प्राप्त करता है। यह समग्र पंप प्रदर्शन (सिर, प्रवाह और बिजली की खपत) को कम करता है और अक्षीय असंतुलन का कारण बनता है जो सील, असर और प्ररित करनेवाले जीवन को छोटा करता है। [42]
गुहिकायन को दूर करने के लिए:
- यदि संभव हो तो चूषण दबाव बढ़ाएं।
- यदि संभव हो तो द्रव पदार्थ तापमान में कमी।
- प्रवाह-दर को कम करने के लिए स्खलन अभिद्वारपर थ्रॉटल वापस।
- पंप आवरण से वेंट गैसें।
नियंत्रण अभिद्वार
गुहिकायन नियंत्रण अभिद्वार में हो सकता है। [43] यदि प्रणाली में ऊपर को और नीचे को दबाव द्वारा परिभाषित अभिद्वार के पार वास्तविक दबाव ड्रॉप आकार की गणना की अनुमति से अधिक है, तो दबाव ड्रॉप चमकती या गुहिकायन हो सकता है। द्रव पदार्थ राज्य से एक वाष्प राज्य में परिवर्तन प्रवाह वेग में वृद्धि या सबसे बड़े प्रवाह प्रतिबंध के नीचे की ओर बढ़ने से होता है जो सामान्य रूप से अभिद्वार पतन होता है। एक अभिद्वार के माध्यम से द्रव पदार्थ के एक स्थिर प्रवाह को बनाए रखने के लिए प्रवाह वेग फलक अनुबंध या उस बिंदु पर सबसे बड़ा होना चाहिए जहां पार अनुभागीय क्षेत्र सबसे छोटा है। प्रवाह वेग में यह वृद्धि द्रव के दबाव में पर्याप्त कमी के साथ होती है जो आंशिक रूप से नीचे की ओर बरामद होती है क्योंकि क्षेत्र बढ़ता है और प्रवाह वेग कम हो जाता है। यह दबाव वसूली पूरी तरह से ऊपर के दबाव के स्तर तक नहीं है। यदि फलक अनुबंध पर दबाव द्रव बुलबुले के वाष्प दबाव से नीचे गिरता है तो प्रवाह धारा में बन जाएगा। यदि दबाव अभिद्वार के बाद एक दबाव के बाद एक बार फिर वाष्प के दबाव से ऊपर है, तो वाष्प बुलबुले ढह जाएंगे और गुहिकायन होगा।
स्पिलवे
जब पानी एक बांध स्पिलवे पर बहता है, तो स्पिलवे की सतह पर अनियमितताएं उच्च गति के प्रवाह में प्रवाह पृथक्करण के छोटे क्षेत्रों का कारण बनेंगी, और, इन क्षेत्रों में, दबाव कम हो जाएगा। यदि प्रवाह वेग पर्याप्त है तो दबाव पानी के स्थानीय वाष्प दबाव से नीचे गिर सकता है और वाष्प बुलबुले बनेंगे। जब इन्हें एक उच्च दबाव क्षेत्र में नीचे की ओर ले जाया जाता है, तो उच्च दबाव और संभावित गुहिकायन क्षति को जन्म देने वाले बुलबुले पतन करते हैं।
प्रायोगिक जांच से पता चलता है कि ठोस की और सुरंग स्पिलवे पर क्षति के बीच के स्पष्ट जल प्रवाह वेगों पर प्रारंभ हो सकता है 12 and 15 m/s (27 and 34 mph), और, के वेग के प्रवाह के लिए 20 m/s (45 mph), सीमाओं को सुव्यवस्थित करके, सतह के खत्म होने या प्रतिरोधी सामग्रियों का उपयोग करके सतह की रक्षा करना संभव हो सकता है। [44]
जब कुछ हवा पानी में उपस्थित होती है तो परिणामस्वरूप मिश्रण संपीड़ित होता है और यह बुलबुले के ढहने के कारण होने वाले उच्च दबाव को कम करता है। [45] यदि स्पिलवे इनवर्ट के पास प्रवाह वेग पर्याप्त रूप से उच्च हैं, तो गुहिकायन को रोकने के लिए वातकों(या वातन उपकरणों) को पेश किया जाना चाहिए। यद्यपि ये कुछ वर्षों के लिए स्थापित किए गए हैं,वातकों में वायु प्रवेश के तंत्र और स्पिलवे की सतह से दूर हवा के धीमे आंदोलन अभी भी चुनौतीपूर्ण हैं। [46][47][48][49]
स्पिलवे वातन यंत्र डिजाइन स्पिलवे बेड (या साइडवॉल) के एक छोटे से विक्षेपण पर आधारित है, जैसे कि ढलान और समायोजन करना उच्च प्रवाह वेग प्रवाह को स