Badania

Mapa strony:




Eksperymentalne i numeryczne badania wielofazowych przepływów z wymianą mas i kawitacją

Temat będący kontynuacją prac rozpoczętych w czasie realizacji przewodu doktorskiego. Obecnie zrealizowane prace:


Kawitacja polega na utracie ciągłości przepływu cieczy. Rozróżnia się przy tym kawitację parową (gdy ciecz zamienia się w parę bez udziału dodatkowych faz) lub gazową (gdy zarodkami kawitacji są obecne w cieczy mikropęcherzyki gazu). Kawitację dzieli się również na kłębiastą (jest to chmura pęcherzyków) i wstęgową (jest to duży "pusty" obszar wokół jakiegoś obiektu). Kawitacja występuje w okolicach różnego rodzaju przeszkód w przepływie, na powierzchniach hydropłatów, w przewodach ssących pomp, na łopatkach turbin i śrub napędowych, w przewodach o skokowo zmiennej geometrii, na zaworach i zasuwach, podczas fal uderzeniowych i w wielu innych miejscach. Skutki kawitacji są zazwyczaj niekorzystne, gdyż powodują erozję kawitacyjną, drgania i hałas, fale uderzeniowe i straty energetyczne. Chyba każdy spotkał się z przypadkiem, gdy po odkręceniu zaworu w zwykłym kranie pojawiają się różnego rodzaju piski, buczenia lub stukania - to najczęściej spotykany objaw kawitacji. Szczególnym rodzajem kawitacji jest tzw. szum kawitacyjny: słyszał o tym każdy kto oglądał "Polowanie na Czerwony Październik". Podobnie ciekawa jest superkawitacja, którą próbuje się zastosować do budowy superszybkich torped. Kawitację coraz częściej wykorzystuje się do celów praktycznych, wymienić tu można pompy kawitacyjne, myjki ultradźwiękowe, urządzenia do cięcia wodą czy urządzenia do peelingu stosowane w kosmetyce.

Przykład działania modelu wymiany mas

Rys 1. Ilustracja wyjaśniająca pojawianie się zjawiska kawitacji

W uproszczeniu można napisać, że kawitacja to nic innego jak zwykłe "gotowanie się". W przypadku wody dzieje się to przy ciśnieniu atmosferycznym i w temperaturze 100 stopni Celsjusza. Jeśli jednak ciśnienie zacznie spadać, obniży się również temperatura wrzenia (szkolny przykład z alpinistami gotującymi herbatę). Okazuje się, że w układach przepływowych spotyka się wiele miejsc, w których ciśnienie jest tak niskie, że zjawisko to może wystąpić.

Kawitacja kłębiasta Kawitacja wstęgowa Erozja kawitacyjna

Animacje: kawitacja kłębiasta i wstęgowa oraz mechanizm erozji kawitacyjnej

Przykład działania modelu wymiany mas - dysza zbieżno-rozbieżna

a) Rrozkład udziału masowego pary wodnej b) Rozkład średnich parametrów wzdłuż osi dyszy - udziały masowe oraz ciśnienie i prędkość

Testy modelu (Multi Flower 3.0)

Rys 2. Przykład działania modelu wymiany mas: dysza zbieżno-rozbieżna:
a) - rozkład udziału masowego pary wodnej
b) - rozkład średnich parametrów wzdłuż osi dyszy - udziały masowe oraz ciśnienie i prędkość

Przykład działania modelu wymiany mas

Kawitacja na zastawce (Multi Flower 3.0)

Rys 3. Przykład działania modelu wymiany mas: płaski kanał z zastawką - rozkład udziału masowego fazy parowej

Modelowanie wymiany mas

Modelowanie wymiany mas

Rys 4. Modelowanie wymiany mas: wektor źródłowy modelu matematycznego (u góry), przykładowy wynik symulacji (u dołu)

Odparowanie i kondensacja Odparowanie i kondensacja

Animacje: przykład modelowania odparowania i kondensacji z wyłączonym (po lewej) i włączonym (po prawej) równaniem wymiany mas

Schemat stanowiska do badania kawitacji

Zdjęcie stanowiska laboratoryjnego

Rys 5. Schemat i zdjęcie stanowiska laboratoryjnego

Przykład działania stanowiska laboratoryjnego

Przykład działania stanowiska laboratoryjnego

Rys 6. Przykłady działania stanowiska laboratoryjnego
a)
Analizator - główne okno programu
b)
Analizator - rozkład widma WA

Rys 7. Interfejs programu do analizy widma sygnału WA:
a) - główne okno programu
b) - moduł do wizualizacji spektrum


Audio 1. Przykład hałasu kawitacyjnego generowanego na stanowisku - zwężka zbieżno-rozbieżna, p = 5 at

Audio 2. Przykład hałasu kawitacyjnego generowanego na stanowisku - zwężka płaska, p = 3 at


góra strony



http://www.uwm.edu.pl/edu/sobieski