Σπηλαίωση είναι το φαινόμενο σχηματισμού κοιλοτήτων ατμού μέσα σε ένα υγρό (φυσαλίδες), που είναι η συνέπεια των δυνάμεων που ενεργούν επί του υγρού. Συνήθως εμφανίζεται όταν ένα υγρό υποβάλλεται σε ταχείες μεταβολές της πίεσης που προκαλούν το σχηματισμό των κοιλοτήτων, όπου η πίεση είναι σχετικά χαμηλή. Όταν το υγρό υποβάλλεται σε υψηλότερη πίεση, τα κενά συμπυκνώνονται και είναι δυνατή η δημιουργία έντονου ωστικού κύματος.
Η σπηλαίωση είναι μια σημαντική αιτία της φθοράς των υδροδυναμικών μηχανών. Οι φυσαλίδες καθώς καταρρέουν κοντά σε μια μεταλλική επιφάνεια προκαλούν διατμητικές τάσεις μέσω των επαναλαμβανόμενων εκρήξεων. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα κόπωση της επιφάνειας του μετάλλου προκαλώντας φθορά που ονομάζεται σπηλαίωση. Τo πιο συνηθισμένο παράδειγμα αυτού του είδους της φθοράς είναι κατά την άντληση της πτερωτής όπου λαμβάνει χώρα μια αιφνίδια αλλαγή στην κατεύθυνση του υγρού.
Η σπηλαίωση συνήθως χωρίζεται σε δύο κατηγορίες: την αδρανειακή (inertial or transient) και τη μη αδρανειακή σπηλαίωση. Αδρανειακή σπηλαίωση είναι η διαδικασία κατά την οποία μια φυσαλίδα καταρρέει γρήγορα, παράγοντας ένα κρουστικό κύμα. Εμφανίζεται σε βαλβίδες ελέγχου, αντλίες και πτερωτές. Μη αδρανειακή σπηλαίωση είναι η διαδικασία κατά την οποία μια φυσαλίδα σε ένα υγρό αναγκάζεται να ταλαντώνεται σε μέγεθος (σχήμα) λόγω κάποιας μορφής ενέργειας εισόδου, όπως ένα ακουστικό πεδίο. Τέτοιου είδους σπηλαίωση μπορεί επίσης να παρατηρηθεί σε αντλίες, προπέλες, κ.λπ.
Δεδομένου ότι τα κρουστικά κύματα που σχηματίζονται από την κατάρρευση των φυσαλίδων είναι αρκετά ισχυρά ώστε να προκαλούν σημαντική βλάβη στα κινούμενα μέρη, η σπηλαίωση είναι ένα ανεπιθύμητο φαινόμενο. Είναι πολύ σημαντικό να αποφεύγεται στο σχεδιασμό των μηχανών όπως στροβίλους ή πτερωτές και η εξάλειψη του φαινομένου αποτελεί ένα σημαντικό πεδίο κατά τη μελέτη της δυναμικής των ρευστών.
Σκοπός της Εργαστηριακής Άσκησης είναι η μελέτη του φαινομένου της σπηλαίωσης που αποτελεί ένα σημαντικό πρόβλημα των ρευστοδυναμικών μηχανών.
Πιο αναλυτικά αντικείμενο της Εργαστηριακής Άσκησης είναι
- η σταδιακή ανάλυση του φαινομένου και η μέριμνα που πρέπει να λαμβάνεται ώστε να αποφεύγεται η σπηλαίωση σε δεδομένο υγρό για δεδομένη παροχή,
- η μελέτη του ρόλου που διαδραματίζει το αποκαλούμενο “απαιτούμενο καθαρό θετικό ύψος ενέργειας” στην κατασκευή αντλίας (Net Positive Suction Head required – NPSHr) καθώς και ο τρόπος υπολογισμού του.