倒啤酒的门道(三)
编辑：小杰 发布时间：2012/7/9 17:03:42 浏览次数：949 信息分类：
啤酒招商
为了研究空泡产生的机理及其作用，人们从上世纪就开始了理论与实验研究。1895年，英国建造了专门研究空泡问题的小型水洞，随后在本世纪20～30年代，英、德、法、苏、美等国相继建造了较大型的空泡水洞。同时理论研究也取得了相应的进展。
高速水流为什么会冒气泡？原来水在标准大气压下（一个大气压相当于101325Pa），温度达到100℃，水就会沸腾，“沸腾”就是水内部能冒气泡的现象。不同温度下，水沸腾的压强是不同的，这个压强称为饱和蒸气压，也称蒸气压。水在不同温度之下的饱和蒸气压为：
温度/℃ 0 20 40 60 80 100 120
蒸气压/Pa 600.66 2338.1 7381.2 14934 47377 101325 198490
由此可见，在压强为2338.1Pa时，水在20℃就开了，这种在常温下沸腾的现象，可以称作“冷沸腾”。在海拔4000米以上的高原地面，由于那里的气压低，沸点只有86℃，所以在那里煮东西不容易熟。在压强达到198 490Pa时，即约不到两个大气压时，水到120℃才开，这个压强差不多是通常高压锅的压强。
前面说过，流体高速运动，会造成局部压力减小，特别是高速舰船、螺旋桨、鱼雷等在水中运动时，会造成局部水的压强很大，达到常温下的蒸气压。这就是高速航行水中产生气泡的原因。
一旦产生了空泡现象，阻力就会加大，产生气泡会消耗大量的能量。所以船速再也上不去了。如果不采取对空泡问题的特殊对策，那么大部分大船速度将超不过26节（约14米/秒）。
然而空泡对航海带来的危害还不止如此，问题是空泡在低压区形成后，随着流动流到高压区，在那里压力增高，空气泡无法存在而闭合。空气泡闭合会造成类似于爆炸的高压，甚至会达到100000大气压。在这种大气压下，任何金属材料都会被破坏，于是螺旋桨很快便被空泡咬得百孔千疮。类似的问题在大型水电站与大型水坝上也产生过，泄流洞水速高了，水泡可以侵蚀洞壁，水电站涡轮机叶片可以在几天之内被水泡吃掉数十毫米厚。
水滴石穿，不间断的水滴可以将坚硬的石头打穿。起先，人们认为是由于水流长时间冲刷造成的，原来也是由于空泡在起作用。随着高速摄影机的发展，有人以每秒1500张的摄影机对准液滴“着陆”的地方。液滴由圆而扁然后四散溅开，就在这一瞬间在液滴中心附近的一些局部流速相当大，足以达到产生空泡的低压。于是空泡逐渐将坚硬的石头咬去。在涛涛流动的江河中，流水拍击岩岸，“乱石穿空、惊涛裂岸”，水的这种作用，恐怕也是空泡在作怪。
细心的读者可能已注意到：将一杯刚煮开的水泼到地面，听到的是噗地一响，而冷水泼到地面，则听到清脆的啪地一响。这响声的不同也是由于气泡。如果你将一杯新鲜的啤酒泼向地面，响声同泼开水一样。刚煮开的水近于100℃，往地下一泼，水与地面冲击，流体的局部速度较大，因而压强减小，这个小的压强会使流体重新沸腾起来，在地面与水之间隔着一层气泡当然与没有气泡听起来响声不同了，而冷水向地面冲击时局部压强降低不足以使流体沸腾。
拿一把铝壶，烧一壶开水，当水滚开时，你一只手将壶提下炉子并轻轻将壶底放在另一只手上。这时你竟然会发现，这只手可以托起整个茶壶而不感到烫手。这又是水泡在起作用。原来刚烧开的壶底壁上爬着一层细微的水泡。它隔热性能很好，当你用手托壶底时，壶底铝的热容量较小，很快与手温平衡，而壶中水的热量却由于一层气泡的隔热，使手不感到发烫。不信请试试。
本世纪初，人们逐渐认识了超声现象。1917年法国科学家郎之万发明了压电晶体超声波发生器，之后超声波进入了应用研究阶段。值得注意的是，超声波在水中传播引起水的局部高频振荡，这种振荡产生的负压足以产生空泡，从而使超声波在清洗零件，乳化，加速化学反应与粉碎方面得到广泛应用。
也正好是在1917年，英国学者瑞利，首先计算了不可压流体中球形空泡闭合时，可以在中心造成无穷大的压强。当液体是可压时，这个压力虽不是无穷大，但仍非常大。
对空泡的认识至此却远没有终止。早在60年前，人们就发现当把超声波通到水中，顷刻之间水中可以发出光来。这个现象一直没有得到合理的解释。直到1959年人们才论证，光是由空泡破灭时产生能量集中所发出来的。
据较近英国《新科学家》杂志报道，近几年来，人们逐渐用更的模型来计算这一现象。先后有3个美国人得到了不同的结果。1986年一个美国人算出气泡破灭可以造成5000K的高温，1993年又有人改进计算，说是可以达到7000K的高温，这已经是太阳表面的温度了。到1994年11月美国我国声学会议上，有人宣布用精细模型并用计算机算得，气泡破灭时的温度可以达到2 000 000K，这个温度是聚变热核反应所需温度的一半。
如果这些计算理论是对的，我们又能够依靠近代技术去实现的话，说不定空泡还是一条通向可控热核反应的可行途径呢！ 这是一个多么诱人的前景啊！退一步讲，即使达不到所计算的高温，人们不是也可以利用这一超常的高温去开辟许多新的应用领域吗！
啤酒冒气泡可以带来美味，也可以带来麻烦。同样，空泡可以是危险分子，也可以为人类工作。天下大事，有一利必有一弊。而怎样除弊兴利，全靠对它的机理有的了解。倒啤酒尚且如此，对待空泡更如是。
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