본문/내용
cavitation
(공동 현상)
목 차
■ 공동 현상의 사전적 의미
■ 이론적 설명
■ 케비테이션의 영향
■ 발생위치에 따른 케비테이션의 종류
■ 케비테이션의 방지법
■ 관련 기사 인용
■ 느낀점
■ 출처
■ 사전적 의미
공동현상 [空洞現象, cavitation]
☞ 유체 속에서 압력이 낮은 곳이 생기면 물 속에 포함되어 있는 기체가 물에서 빠져나와 압력이 낮은 곳에 모이는데, 이로 인해 물이 없는 빈공간이 생긴 것을 가리킨다. 선박의 프로펠러나 터빈 등의 효율이 떨어지고 침식당하는 원인이 되므로 설계시 주의해야 한다. 이를 방지하려면 비행기 날개의 모양이나 면적, 선박 후반부의 모양을 주의하여 설계해야 한다.
액체 속을 고속도로 움직이는 물체의 표면은 액압(液壓)이 저하하는데, 이를 `베르누이의 정리` 라고 한다. 그렇게 되면 압력이 액체의 포화증기압보다 낮아진 범위에 증기가 발생하거나 액체 속에 녹아 있던 기체가 나와서 공동을 이룬다. 이것은 수력터빈이나 선박용 프로펠러를 운전할 때 자주 발생하는 현상으로, 압력면에 발생하는 경우도 있지만, 주로 날개의 등 부분에 발생한다. 발생한 기포는 압력이 높은 부분에 이르면 급격히 부서져 소음이나 진동의 원인이 되며, 터빈이나 프로펠러의 효율을 떨어뜨린다.
또 기포가 사라져 없어질 때 기포의 부피가 급격히 축소됨에 따라 그 부분의 압력이 매우 커지며, 그것이 날개를 침식시키는 원인이 된다. 공동현상에 의한 이러한 침식을 점침식(點侵蝕)이라고 하며, 자잘한 알갱이에 의한 일반적인 침식과는 구별된다.
터빈이나 프로펠러를 설계·제작할 때는 이러한 현상을 방지하기 위하여 날개의 모양이나 면적의 선정 등에 주의해야 하며, 특히 선…
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① 캐비테이션의 생성 ? 성장 ? 붕괴 ? 소멸의 과정에서 수증기가 순간적으로 축소하면서 강한 충격력이 추진기 날개면에 가해지고 이는 추진기의 침식을 유발함.
② 주기적인 케비테이션의 발생과 소멸은 선체 표면에 변동 압력을 가하여 선체 진동 및 소음 유발
③ 추진 효율이 급격히 떨어져 추진 성능이 저하
④ 공회전으로 인한 모터의 소손
⑤ Rudder, Shaft, Hull, Strut 등 선미 구조물에 충격
⑥ 수중 방사 소음 유발로 군함에 있어서 소나 피탐율 증가 야기
1. 얇은층 공동 현상 (Sheet Cavitation)
2. 기포형 공동 현상 (Bubble Cavitation)
3. 앞면 공동 현상 (Face Cavitation)
4. 줄꼴 공동 현상 (Streak Cavitation)
5. Chord Cavitation
6. Vortex Cavitation
2. 기포형 공동 현상 (Bubble Cavitation)
- 고속 프로펠러의 경우 프로펠러의 날개가 비교적 두껍고, 받음각이 작은 날개의 경우에 날개의 최대 두께 위치 근처에서 공동현상이 발생한다. 이는 매우 불안정하여 프로펠러의 성능 저하와 날개 표면의 침식 등 손상의 원인이 된다.
3. 앞면 공동 현상 (Face Cavitation)
- 날개의 받음각이 작거나 음의 값을 가질때, 날개 앞면 앞날 근처에 공동현상이 발생하며 주로 허브 가까리의 날개 단면에서 많이 관찰됨. 날개 침식의 주요 원인중의 하나.
4. 줄꼴 공동 현상 (Streak Cavitation)
- Chord 방향으로 길게 뻗어나오는 형태이며 주로 날개 결함에서 기인한다.
5. Chord Cavitation
- 불안정한 Sheet Cavitation의 후반부에 뿌옇게 발생한다.
6. Vortex Cavitation
- Vortex Core의 낮은 압력에서 기인한다.
■ 캐비테이션의 방지법
감속 장치를 설치하거나 가급적 지름이 큰 프로펠러로 대응한다. 그리고, 피치각을 변화시킬 수 있는 가변 피치 프로펠러의 경우에는 피치각을 크게 하면서 회전을 감소시킴으로서 공동 현상을 줄이기도 한다.
■ 관련 기사 인용
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