Forscher der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Lausanne haben ein ungewöhnliches Experiment durchgeführt, um die Hintergründe der immer noch nicht vollständig verstandenen Kavitation zu verstehen. Bei diesem Vorgang bilden sich in einer Flüssigkeit spontan kleine Luftbläschen, die zunächst anwachsen und kurz danach in sich zusammenfallen. Die Forscher führten ihre Studie in einem Forschungsflugzeug der Europäischen Raumfahrtbehörde aus, um die Kavitation in der Schwerelosigkeit beobachten zu können.
Um in seinem Innern eine praktisch schwerelose Umgebung zu erlangen ? eine so genannte Mikrogravitation ?, flog das Forschungsflugzeug in einer parabelförmigen Bahn. Die Mikrogravitation hielt dabei pro Flugbahn 20 Sekunden lang an.
Während dieser Phase untersuchten Philippe Kobel und seine Kollegen aus Lausanne Kavitationsvorgänge in zentimetergroßen Flüssigkeitstropfen. Die winzigen Luftbläschen wurden dabei in kontrollierter Art und Weise mittels einer elektrischen Entladung innerhalb der Tropfen erzeugt. Das Anwachsen und der anschließende Kollaps der Bläschen ließ sich mit einer Hochgeschwindigkeitskamera festhalten.
Die Dynamik der Kavitation hängt stark von der Krümmung der Tropfen ab, so Kobel. Während auf der Erde Flüssigkeitstropfen einer Größe von mehreren Millimetern aufgrund der Schwerkraft nicht vollkommen rund sind, war dies an Bord des Forschungsflugzeugs der Fall. Die Forscher konnten so die experimentellen Befunde mit analytischen Theorien für kugelförmige Tropfen vergleichen.
Diese Untersuchungen haben eine Reihe von ungewöhnlichen Phänomenen ans Tageslicht gebracht. So fallen etwa Bläschen, die sich nicht genau im Zentrum des Tropfens ausbilden, in Form eines ringförmigen Schlauchs in sich zusammen, und erzeugen dabei zwei winzige Flüssigkeitsfontänen innerhalb des Tropfens.
Die Forscher hoffen, dass ihre Experimente auch zu einer besseren Kontrolle über Kavitationsvorgänge führen werden. In der chemischen Industrie etwa muss der Kollaps von Luftbläschen in Flüssigkeitstropfen minimiert werden, da ansonsten die dabei frei werdende Energie und die ausgelösten Schockwellen den Produktionsablauf stören.
Physical Review Letters, Band 97, Artikel 094502 Stefan Maier
