I ricercatori hanno risposto a domande chiave per aiutare a prevenire danni e migliorare la sicurezza dei sistemi idraulici utilizzati per le condutture, turbine idrauliche e altre applicazioni.

Il lavoro, guidato da ingegneri dell'Università di Waterloo, indaga un fenomeno noto come cavitazione, o la formazione e il collasso di bolle piene di gas distruttive risultanti da rapidi cambiamenti di pressione nei liquidi.

La cavitazione è alla base di un noto trucco da festa che consiste nel frantumare il fondo di una bottiglia piena di liquido colpendo la parte superiore aperta con il palmo della mano.

"La crescita e il collasso delle bolle di cavitazione sono affascinanti, " disse Zhao Pan, un professore di ingegneria meccanica e meccatronica che ha guidato la ricerca. "Di solito sono piccoli e veloci, ma possono causare seri danni anche su superfici come leghe dure e vetro."

I ricercatori hanno sviluppato un modello teorico per prevedere la formazione e le dimensioni di grandi, bolle particolarmente dannose in base all'accelerazione e alla velocità del flusso del fluido. Gli esperimenti che utilizzano la fotografia ad alta velocità hanno convalidato la teoria.

Le informazioni fornite dal modello aiuteranno gli ingegneri a progettare sistemi idraulici e sviluppare linee guida operative per ridurre al minimo l'usura, evitare grossi guasti, e migliorare l'affidabilità della tecnologia.

Nel trucco della festa, colpire la bottiglia provoca un'elevata accelerazione del liquido rispetto alle pareti della bottiglia. Che riduce la pressione del liquido sul fondo, innescando la rapida formazione di bolle gassose.

Quando quelle bolle collassano, o implodere, creano temporaneamente alte temperature, microgetti ad alta velocità e onde d'urto. Questi effetti sono abbastanza potenti da rompere il vetro.

Il fenomeno è un colpevole comune nei tubi dell'acqua danneggiati e nelle eliche delle navi, Per esempio. In casi estremi, ha portato a disastrosi guasti alle tubazioni nelle centrali idroelettriche.

"D'altra parte, il potere di queste bolle può anche essere sfruttato per sempre, " ha detto Pan. "La cavitazione può essere usata per rompere i calcoli renali, uccidere i batteri senza usare prodotti chimici, e anche nella produzione di birra e cioccolato".

Pan ha precedentemente lavorato con ricercatori in Giappone e negli Stati Uniti su una nuova teoria delle piccole bolle di cavitazione causate dall'accelerazione dei liquidi che ha spiegato come funziona il trucco. Lavori recenti estendono questi risultati alla previsione di bolle grandi. Un documento sulla ricerca, Sui criteri delle grandi bolle di cavitazione in un tubo durante un processo transitorio, appare nel Journal of Fluid Mechanics . Pan ha collaborato al nuovo studio con ricercatori della Tsinghua University in Cina.