01. August 2000

Kavitation

- "Ich kann machen was ich will, aber meine Schiffsschraube dreht sich einfach nicht so schnell wie ich mir das vorstelle", jammerte der Ingenieur Cambouix.

- "Das liegt an der Kavitation", erklärte ihm Professor Archipi. "Wenn die Rotationsgeschwindigkeit einer Schiffsschraube einen gewissen Wert erreicht hat - die Kavitationsgeschwindigkeit - entstehen Blasen im Wasser. Dieses Phänomen schluckt enorm viel Energie und ist deshalb von den Ingenieuren gefürchtet. Aus diesem Grund sind Schiffsschrauben kürzer als die von Flugzeugen. Damit soll die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers im Bereich der Flügelränder unterhalb der Kavitationsgeschwindigkeit gehalten werden. Machen wir einen kleinen Tauchgang, um dieses Phänomen genauer zu untersuchen. Die Kohäsion der Flüssigkeit ist durch die Anziehungskraft der Wassermoleküle untereinander gewährleistet.
Diese Kraft ist um so stärker, je geringer der Abstand zwischen den Molekülen ist. Aber diese Moleküle bewegen sich. Ihre Geschwindigkeit steigt mit der Wassertemperatur und sinkt mit dem Druck, der sie zusammenhält. Diese Bewegung der Moleküle in alle Richtungen ist verantwortlich für die Hohlraumbildung in Flüssigkeiten. In diesen Hohlräumen aber finden sich nur noch sehr wenige Moleküle, ihre Verteilung ist ähnlich wie bei einem Gas. In unserem Falle handelt es sich um Wasserdampf."

- "Wenn Sie also", fuhr Archipi fort, "Wasser in einem Topf erhitzen, entstehen immer mehr und immer größere Blasen - also solche Hohlräume - bis bei normalem Luftdruck die Wassertemperatur auf 100°C angestiegen ist. Dann schließen sich die Blasen zusammen, und das ganze Wasser verdampft. Das gleiche geschieht, wenn sich der Druck verringert. In großer Höhe - bei sinkendem Luftdruck - kocht das Wasser bereits bei niedrigeren Temperaturen, das heißt, es verwandelt sich schneller in Wasserdampf."

- "Und meine Schiffsschraube?", fuhr ihm Cambouix ins Wort. "Warum bilden sich hinter meiner Schiffsschraube denn nun diese Blasen?"

- "Weil der Flügel - wenn er sich mit Kavitationsgeschwindigkeit dreht - Wasser hinter sich herzieht; dadurch entstehen diese kleinen Hohlräume. Und da sich der Druck genau am Flügelrand verringert, werden diese Blasen immer größer. Ist der Druck entsprechend niedrig, beginnt das Wasser sogar zu kochen. Dann bildet sich am Flügelrand ein regelrechter Blasenstrom."

- "Diese Blasen sind eine Katastrophe", stöhnte Cambouix.

- "Nicht immer, dieses Phänomen haben sich in der Uhrenindustrie intelligente Ingenieure zur Reinigung von mechanischen Teilen zunutze gemacht", bemerkte Archipi hinterhältig.
"Sie schicken Ultraschall in ein Wasserbad, in dem sich die zu reinigenden Teile befinden. Eine Ultraschallwelle ist ein kontinuierlicher Wechsel von hohem und niedrigem Druck. Ist die Energie der Welle stark genug, bringt die Verringerung des Drucks das Wasser zum Kochen. Die daraus entstehenden Blasen lösen Fettpartikel und Staub von der Oberfläche der Teile."

- "Dann könnte ich mit dem Phänomen der Kavitation wenigstens den Rand meiner Schiffsschraube reinigen", bemerkte Cambouix.