寒木釣萌
沒有多少人會把小小的氣泡跟殺傷力聯繫在一起。
但實際上，那些氣泡對於設計不佳的螺旋槳來說是極其致命的。
圖片來自Axda0002。
螺旋槳一般是艦船上最最堅硬的部件之一，但它們卻常被“氣泡”所殺傷。而這裡的氣泡，其專有名字叫“空泡”。
空泡到底是怎麼產生的？毀傷力為何又這般大？今天，咱們來聊一聊。
原理其實很簡單
我們知道，水在一個標準大氣壓下，100攝氏度時沸騰，而沸騰就是水中產生大量氣泡的過程。在大約兩個標準大氣壓時，得達到120攝氏度時才會沸騰，這是家庭用高壓鍋裡面的溫度。而在珠峰上，由於氣壓小，水最低可到69攝氏度時才出現沸騰。壓強不同，沸點也不同。
反過來說也成立，即不同溫度下，水沸騰時的壓強是不同的，這個壓強就是飽和蒸氣壓。
對照上面的表格數據，在20℃的海水裡面，如果局部出現低於2338.8pa的低壓，那麼海水就會沸騰併產生氣泡，這就是空泡。
問題來了，為什麼在密實的水裡面，螺旋槳周圍還會產生低壓？這不難理解，螺旋槳高速旋轉，由於槳葉的高速移動，則槳葉背部的壓力必然降低，形成一個吸力面，低壓就這麼產生了，當壓力低於海水的飽和蒸氣壓時，就會產生大量氣泡，就像沸騰一樣。
堵住注射試管的底部，並向上拔活塞時，管內氣壓降低，併產生氣泡。
空泡與沸騰不同的是，燒水出現的沸騰，其內部生成的氣泡還會不斷長大，因為氣泡可以不斷從周圍獲得熱量。而空泡的周圍，沒有熱量的輸入，只存在周圍高壓海水的強力擠壓，這就是空泡威力很大的成因。
幾百萬分之一秒的時間裡，螺旋槳產生的空泡呈現爆發式增長，之後，由於周圍海水的高壓，空泡又被
射流只是其中的一個傷害。空泡破滅時，還會產生爆炸性的衝擊波。
仔細看上面動圖，空泡破滅時向四周產生了一個明顯可見的衝擊波。
所以，射流和衝擊波是空泡損傷螺旋槳的根本原因。
我們可以用一個試驗來展示一下空泡的威力。
圖片來自GavinFree和DanielGruchy兩人做的實驗截圖。
一個裝著水的啤酒瓶，用力擊打啤酒瓶的瓶口處，此時，啤酒瓶的底部掉了。為什麼？
讓我們來看看細節。
上面動圖告訴我們，當用力擊打啤酒瓶頂部時，啤酒瓶必然會迅速向下移動，但瓶子內部的水跟不上這種瞬間的高速移動，於是空泡就產生了。這就像螺旋槳高速轉動時，槳葉背部的水跟不上槳葉的移動一樣。
啤酒瓶底部的空泡，其存在時間極短，而當其破滅時會對瓶底產生一個衝擊力，於是瓶底就掉了。
空泡的其他危害
大壩的洩洪道、水龍頭控制閥、柴油發動機等等，也會產生空泡損傷。
圖為空泡對洩洪道的損傷。
圖為空泡對控制閥的損傷。
損傷只是一方面，大量空泡破裂時產生的噪音也是常規潛艇和核潛艇所痛恨的，因為這會大大增加潛艇被敵方聲吶探測到的機會。所以，越來越多的先進核潛艇不再使用常規的外露螺旋槳推進，而是採用泵射推進。
空泡的用途
上圖為空泡在物體表面破裂時的模擬，可以看到，空泡破裂時會對物體表面進行來回衝擊，利用這種衝擊，我們可以高效清洗物件。
問題是，怎樣才能方便地在水裡面產生大量空泡？不難，向水裡面發射超聲波即可。
自然界空泡
長尾鯊，圖片來自@CITES。
長尾鯊有一根超長的大尾巴，其體長最高可達七米，尾巴是它們的捕食工具。遇到魚群時，就轉過身用尾巴奮力拍打，將魚擊暈從而美餐。
而長尾鯊甩動大尾巴捕食的時候，極其彪悍，研究人員從它們的尾巴尖上看到了空泡。
寒木釣萌：喜歡本文就點個👍，以鼓勵產生更多這樣的文章^_^
出品：科普中國
製作：寒木釣萌
監製：中國科學院計算機網絡信息中心
“科普中國”是中國科協攜同社會各方利用信息化手段開展科學傳播的科學權威品牌。
本文由科普中國融合創作出品。
寒木釣萌
艦船在行進中，螺旋槳在旋轉的同時利用水做介質，不停地推動船身向前。它在工作中的狀態，其實在某一點跟人工划槳很相似。理論上不應該發生空泡現象。槳面的特殊形狀，是非常合乎物理動態的，以斜面切入水流的方式。但在實際現場情況看來，因為成千上萬噸的船體行進中轉舵或者是加減速，倒車和急停，都會造成水體在一剎那的撕裂，因為相對速度高，就會在槳葉舵面巨大合力推動下，在不合拍的拖曳中產生了該死的紊流和氣泡。這個麻煩很難一蹴而就。解決辦法是用噴射水流替代螺旋槳和船舵作複雜的航行控制。或者極力提高槳葉.舵面的加工精度和金相處理。似乎國內的超級加工中心機床還待改進。軍用艦船的螺旋槳可是塊難啃的骨頭。矛和盾的鬥爭永遠是軍事領域的廣漠荒原，值得不斷開發前行。
手機用戶崔永方
水中空泡的產生，其能量來源當然是螺旋槳或者船舶高速運動，擾動水體產生的，這是其基本的能量輸入。
空泡的危害就在於空泡破裂時，會在極其微小的空間(典型尺寸0.1mm或以下)內產了生極高的溫度(5000°c以上)，極高的壓力(數千個大氣壓)，在這個高溫高壓的作用下，產生極高速的微型射流(流速可上千公里/小時)，這些射流可對船體鋼板產生侵蝕作用，雖然侵蝕範圍非常微小，但架不住天長日久，也會導致有名的空泡侵蝕，這是在流體中產生的金屬重要損傷之一。
那麼空泡為何能產生如此大的能量呢？這是因為流體本身有壓力，而壓力之下的空泡就變成一個帶壓力的彈性體，彷彿是一個個微小的空氣彈簧，儲存著能量，空泡破裂時，這個能量必須釋放出來，最關鍵的就是空泡的破裂速度極高，典型時間為微秒級的，因為空泡在如此短時間內破滅釋放儲存的彈性勢能，導致起釋放功率極大，可在局部導致高溫、高壓，並驅動流體產生高達數千公里時速的射流，這還是普通狀態下攪動流體產生的空泡威力，當然這只是侷限於極其微小的範圍內。
如果採用大功率超聲波專門產生空泡效應，則在其破滅時可以產生數萬度高溫以及數萬個大氣壓的巨大威力，50年代甚至有人要用空泡效應來實現冷核聚變，當然是失敗了。
所以，如果分析空泡效應為何具備如此大的威力，其主要原因還是空泡的破滅速度極高導致的能量快速釋放，雖然絕對能量不大，但等效功率極高，局部威力龐大。
楚楚夫
螺旋槳氣蝕現象，和水泵的葉輪氣蝕是同一原理。氣蝕(cavitation)，物理名詞，指金屬表面受到壓力大、頻率高的衝擊而剝蝕以及氣泡內夾帶的少量氧氣等活潑氣體對金屬表面的電化學腐蝕等，使葉輪表面呈現海面狀、魚鱗狀破壞的一種現象。螺旋槳在工作中，如果氣穴在其表面附近，槳葉材質會因為受到液壓撞擊的長期持續作用力，從而出現坑點的腐蝕。氣蝕往往產生振動和噪音，而且在金屬表面會出現點狀腐蝕，嚴重時可死的槳葉穿孔或破裂，造成整個螺旋槳重心不穩，產生振動和噪音。解決這些問題的方法如下：
用戶6598741131
空泡現象可以很通俗的解釋清楚：拿一塊板子向前推水時，板子後面就會空出來形成負壓直到周圍的水流過來補上。
如果推水的速度很快，周圍的水來不及補上就可以形成真空，真空狀態水會沸騰形成水蒸氣。等周圍的水再補上時這些水蒸氣就成為空泡，而且因為壓力升高空泡在一瞬間重新變成水，這個過程會產生高速射流。高速射流的能量歸根結底是漿給它的，表現形式就是劃漿時阻力增大。
飛魚科普
螺旋槳高速刮過水，部分地方產生真空泡，真空泡具有吸力這種吸力加上真空泡阻斷螺旋槳摩擦產生的熱量散發，形成局部的高溫，每次真空泡的產生會吸引導致少量的螺旋槳的原子脫離螺旋槳，長時間的這種物理反應，最終導致產生空洞。空洞形成規模後，真空泡麵積變大，熱量更易堆積，會加速原子丟失，螺旋槳加速老化。
花開花落因有情
其實這就是水力空化，和氣蝕一個道理，主要是因為機械能造成的腔內壓力變化，可瞬間產生激流，引起微泡潰滅，產生局部高溫高壓和羥基自由基，具有很強的氧化性。可據此原理水力空化處理難以降解的有機廢液，礦化產物基本為水和二氧化碳，礦化度高。當然，如此強的氧化性也會對金屬造成嚴重的腐蝕。
黃藥師166065948
只能說是螺旋槳在練“七傷拳”，空泡的能量是螺旋槳提供的。只是“未傷人先傷己”了。這種超空泡崩潰時產生的高溫與衝擊力大到不可想象的程度。雖然只是在很小的範圍內，可時候久了，造成的損傷也是很大的。超聲波作用於水也能產生超空泡現象，這種破壞力的應用常見的有超聲波清洗複雜表面和水射流切割等。另一種對空泡的利用就是俄羅斯著名的“暴風雪魚雷”了。在這種魚雷頭部就裝有空泡發生裝置。大量的空泡把魚雷和水體隔開，大大降低了水裡阻力，使得這種魚雷具有一種極高的攻擊速度。
西紅柿須首付
迴歸大自然，，泡是機械內旋動力與水壓力產生氣泡，。泡內是兩種力交溶中對斥力產生中空所形成氣壓真空泡，是大能量，。設計泡呼出要順機械自然旋動方向排出為是推力，。隨自然是科學動力，迴歸大自然，永遠迴歸大自然！！
希望232732801
空泡是氣旋創造的一個封閉空間。在遇到阻力時產生爆炸。有些是龍捲風的本體。在破出水面之前遇到船隻。提前爆破。而且水下越深。襲擊的威力越大。海洋的空泡多來自地下火山活動。個人意見。
