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:
- badania eksperymentalne:
- wykonanie stanowiska laboratoryjnego do wywoływania i wizualizacji zjawiska kawitacji
- wykonanie badań wstępnych
- badania w zakresie analizy wibroakustycznej:
- rozpoznanie zagadnień dotyczących wibroakustycznych metod badania zjawiska kawitacji
- rozpoznanie możliwości stworzenia własnego oprogramowania służącego do analizy widma wibroaklustycznego
- testowanie różnych algorytmów i bibliotek służących do przetwarzania strumieniowego sygnału dźwiękowego
- stworzenie autorskiego oprogramowania przeznaczonego do analizy widma dźwięku w oparciu o bibliotekę BASS
- przeprowadzenie testów stanowiska i oprogramowania
- badania bazujące na Mixture Model i pakiecie Multi Flower 2D:
- rozszerzenie opracowanego w czasie prac nad rozprawą doktorską modelu wymiany mas w mieszaninie trójskładnikowej woda - para wodna - powietrze
- implementacja nowej wersji modelu w pakiecie Multi Flower 2D
- testy modelu bazujące na badaniach wstępnych
- badania bazujące na Mixture Model i pakiecie Fluent:
- rozpoznanie teorii dotyczącej modelowania kawitacji w pakiecie Fluent
- wykonanie modelu symulacyjnego opartego na modelu Singhala
- testy modelu symulacyjnego bazujące na badaniach wstępnych
- opracowanie modelu Singhala w postaci funkcji użytkownika
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.
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.
Animacje: kawitacja kłębiasta i wstęgowa oraz mechanizm erozji kawitacyjnej
Rys 3. Przykład działania modelu wymiany mas: płaski kanał z zastawką - rozkład udziału masowego fazy parowej
Rys 4. Modelowanie wymiany mas: wektor źródłowy modelu matematycznego (u góry), przykładowy wynik symulacji (u dołu)
Animacje: przykład modelowania odparowania i kondensacji z wyłączonym (po lewej) i włączonym (po prawej) równaniem wymiany mas
Rys 5. Schemat i zdjęcie stanowiska laboratoryjnego
Rys 6. Przykłady działania stanowiska laboratoryjnego
a)

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