پدیده کاویتاسیون در سیال‌های ابربحرانی

تعریف پدیده کاویتاسیون در سیال‌های اَبَربحرانی 
کاویتاسیون در سیال‌های فوق‌بحرانی (به انگلیسی: *Cavitation in Supercritical Fluids*) به پدیده تشکیل و فروپاشی حباب‌های بخار یا گاز در سیالاتی گفته می‌شود که در شرایط فوق‌بحرانی (دما و فشار بالاتر از نقطه بحرانی) قرار دارند. این پدیده به‌دلیل خواص منحصربه‌فرد سیال‌های ابربحرانی، مانند چگالی متغیر و ویسکوزیته پایین، رفتار متفاوتی نسبت به کاویتاسیون در سیالات معمولی از خود نشان می‌دهد.

 مقدمه 
سیال‌های ابربحرانی (SCFs) موادی هستند که در دما و فشار بالاتر از نقطه بحرانی خود قرار گرفته‌اند و خواصی بین گاز و مایع دارند. معروف‌ترین نمونه این سیال‌ها، دی‌اکسید کربن اَبربحرانی (scCO₂) است که در صنایع استخراج، داروسازی و پردازش مواد کاربرد گسترده‌ای دارد.

کاویتاسیون در این سیالات زمانی رخ می‌دهد که کاهش موضعی فشار (مثلاً در اثر عبور سیال از یک نازل یا پروانه پمپ) باعث تشکیل حباب‌های گاز یا بخار می‌شود. با افزایش مجدد فشار، این حباب‌ها به‌سرعت فروپاشیده و امواج ضربه‌ای ایجاد می‌کنند که می‌تواند منجر به خوردگی، فرسایش و آسیب تجهیزات شود.

 مکانیسم کاویتاسیون در سیال‌های ابربحرانی 
برخلاف سیالات معمولی که کاویتاسیون در آن‌ها عمدتاً ناشی از تبخیر موضعی است، در سیال‌های ابربحرانی، این پدیده ممکن است شامل تغییر فاز ناگهانی، تشکیل مناطق چگالی پایین و حتی جدایش فازهای گاز-مانند باشد. برخی از ویژگی‌های کلیدی عبارتند از:
 وابستگی شدید به دما و فشار: در نزدیکی نقطه بحرانی، تغییرات کوچک در دما یا فشار می‌تواند باعث تغییرات شدید در چگالی و در نتیجه رفتار کاویتاسیون شود.
 کاهش ویسکوزیته: ویسکوزیته پایین سیال‌های فوق‌بحرانی باعث افزایش احتمال تشکیل حباب و همچنین سرعت بالاتر فروپاشی آن‌ها می‌شود.
 انتشار سریع امواج ضربه‌ای: فروپاشی حباب‌ها در این سیال‌ها می‌تواند امواج ضربه‌ای قوی‌تری نسبت به آب یا روغن ایجاد کند.

 کاربردها و چالش‌ها 
 کاربردها 
 استخراج ابربحرانی: در دستگاه‌های استخراج با scCO₂، کاویتاسیون می‌تواند بر بازده فرایند تأثیر بگذارد.
 خنک‌کاری پیشرفته: استفاده از سیال‌های فابربحرانی در سیستم‌های خنک‌کاری با چالش کاویتاسیون مواجه است.
 پردازش مواد غذایی و دارویی: در فرآیندهای استریلیزاسیون و ریزذره‌سازی، کنترل کاویتاسیون اهمیت دارد.

 چالش‌ها 
 فرسایش تجهیزات: فروپاشی حباب‌ها می‌تواند به پمپ‌ها، شیرها و لوله‌ها آسیب برند.
 کنترل دشوار: به‌دلیل حساسیت بالا به دما و فشار، پیش‌بینی و مهار کاویتاسیون در این سیالات پیچیده است.

 جمع‌بندی 
کاویتاسیون در سیال‌های فوق‌بحرانی به‌دلیل خواص منحصربه‌فرد این سیال‌ها، پدیده‌ای پیچیده و با چالش‌های عملی است. تحقیقات بیشتر در این زمینه می‌تواند به بهبود طراحی تجهیزات و بهینه‌سازی فرآیندهای صنعتی کمک کند.

گردآورندگان: فرینا درخشان، عاطفه بندی، امیرحسین عیدمحمدی، بیتا شریف‌نژاد، آیه حمود.

 منابع 
۱. Brennen, C. E. (1995). *Cavitation and Bubble Dynamics*. Oxford University Press

2. Brunner, G. (۲۰۰۵). *Supercritical Fluids as Solvents and Reaction Media*. Elsevier

3. Mishra, S. P. , & Peles, Y. (۲۰۱۰). *Cavitation in Supercritical Fluids: A Review*. Journal of Supercritical Fluids, 55(2), 421-437.

۴. آقابابایی، م. (۱۳۹۸). *سیالات فوق‌بحرانی و کاربردهای صنعتی*. انتشارات دانشگاه تهران.

رده:مقاله‌های ایجادشده توسط ایجادگر