Les chercheurs ont répondu à des questions clés pour aider à prévenir les dommages et améliorer la sécurité des systèmes hydrauliques utilisés pour les pipelines, turbines hydrauliques et autres applications.

L'oeuvre, dirigé par des ingénieurs de l'Université de Waterloo, étudie un phénomène appelé cavitation, ou la formation et l'effondrement de bulles destructrices remplies de gaz résultant de changements rapides de pression dans les liquides.

La cavitation est à l'origine d'une astuce de fête bien connue qui consiste à briser le fond d'une bouteille remplie de liquide en frappant son haut ouvert avec la paume de la main.

"La croissance et l'effondrement des bulles de cavitation sont fascinants, " dit Zhao Pan, un professeur de génie mécanique et mécatronique qui a dirigé la recherche. "Ils sont généralement petits et rapides, mais ils peuvent causer de graves dommages même sur des surfaces telles que les alliages durs et le verre."

Les chercheurs ont développé un modèle théorique pour prédire la formation et la taille des grands, bulles particulièrement dommageables en fonction de l'accélération et de la vitesse d'écoulement du fluide. Des expériences utilisant la photographie à grande vitesse ont validé la théorie.

Les informations fournies par le modèle aideront les ingénieurs à concevoir des systèmes hydrauliques et à élaborer des directives d'exploitation pour minimiser l'usure, éviter les pannes majeures, et améliorer la fiabilité de la technologie.

Dans l'astuce du parti, frapper la bouteille provoque une forte accélération du liquide par rapport aux parois de la bouteille. Cela réduit la pression du liquide au fond, provoquant la formation rapide de bulles gazeuses.

Quand ces bulles s'effondrent, ou imploser, ils créent temporairement des températures élevées, micro-jets et ondes de choc à grande vitesse. Ces effets sont suffisamment puissants pour briser le verre.

Le phénomène est un coupable commun dans les conduites d'eau endommagées et les hélices de navires, par exemple. Dans des cas extrêmes, elle a conduit à des défaillances de canalisations désastreuses dans les centrales hydroélectriques.

"D'autre part, la puissance de ces bulles peut également être exploitée pour de bon, " Pan a dit. " La cavitation peut être utilisée pour briser les calculs rénaux, tuer les bactéries sans utiliser de produits chimiques, et même dans la production de bière et de chocolat."

Pan a précédemment travaillé avec des chercheurs au Japon et aux États-Unis sur une nouvelle théorie des petites bulles de cavitation causées par l'accélération de liquides qui expliquait le fonctionnement de l'astuce. Des travaux récents étendent ces résultats à la prédiction de grosses bulles. Un article sur la recherche, Sur les critères de grosses bulles de cavitation dans un tube lors d'un processus transitoire, apparaît dans le Journal de mécanique des fluides . Pan a collaboré à la nouvelle étude avec des chercheurs de l'Université Tsinghua en Chine.