Akan bir sıvıyı aniden durdurduğunuzda kinetik enerji basınca dönüşür ve boru boyunca bir basınç dalgası koşar. Yeterince şiddetliyse boru, bağlantı ya da ekipman hasar görür.
Kritik süre: dalganın gidip gelme zamanı
Basınç dalgası, boru boyunca ses hızına yakın bir hızla ilerler, uçtan yansır ve geri döner. Vanaya geri dönme süresi, borunun uzunluğuna ve dalga hızına bağlıdır.
Kural şudur: kapanma süresi bu gidiş-dönüş süresinden kısaysa basınç artışı maksimuma ulaşır — ani kapanma durumudur. Uzunsa, yansıyan dalga kapanma tamamlanmadan geri döner ve artışı sınırlar.
Yani "yavaş kapatmak" görecelidir: 2 saniye, kısa bir hatta yavaştır, kilometrelerce uzunlukta bir hatta anidir.
Dalga hızı borunun esnekliğine bağlı
Sıvının kendi ses hızı bir üst sınırdır; boru cidarı esnedikçe efektif dalga hızı düşer ve basınç artışı azalır. Bu yüzden plastik boruda su darbesi çelik boruya göre daha yumuşaktır.
Sıvıda serbest gaz kabarcığı varsa dalga hızı dramatik biçimde düşer — az miktarda hava, darbeyi belirgin biçimde yumuşatır. Bu, hem bir çözüm hem bir belirsizlik kaynağıdır.
Sütun ayrılması: asıl tehlike
Basınç düşüş dalgası, bir noktada basıncı buhar basıncının altına indirirse sıvı sütunu ayrılır ve bir buhar boşluğu oluşur. Dalga geri döndüğünde bu boşluk çöker ve ilk darbeden çok daha şiddetli bir basınç tepesi üretir.
Boru hattı hasarlarının büyük kısmının sebebi doğrudan darbe değil, bu ikincil çöküştür. Bkz. kavitasyon notu.
Modelleme
Problem bir boyutlu dalga yayılımıdır ve genellikle hat modelleriyle çözülür; üç boyutlu CFD burada gereksizdir. CFD'nin katkısı, yerel sorulardadır: vana içindeki akış, kavitasyon başlangıç bölgesi, ekipman üzerindeki kuvvet dağılımı.
Her iki durumda da çözüm sıkıştırılabilir ve zamana bağlıdır; sıkıştırılamaz kabul dalgayı tamamen siler.
Kaynaklar
- Singhal, A. K., Athavale, M. M., Li, H. & Jiang, Y. (2002). Mathematical basis and validation of the full cavitation model. Journal of Fluids Engineering, 124(3), 617–624. DOI: 10.1115/1.1486223
- Ferziger, J. H., Perić, M. & Street, R. L. (2020). Computational Methods for Fluid Dynamics, 4th ed. Springer. DOI: 10.1007/978-3-319-99693-6