CFD Analysis of Cavitation Erosion Potential in Hydraulic Machinery

0330840 - ÚT 2010 RIV CZ eng C - Konferenční příspěvek (zahraniční konf.)
Sedlář, M. - Zima, Patrik - Müller, M.
CFD Analysis of Cavitation Erosion Potential in Hydraulic Machinery.
[Výpočetní analýza potenciálu kavitační eroze v hydraulickém stroji.]
Proceedings of the 3rd IAHR International Meeting of the Workgroup on Cavitation and Dynamic Problems in Hydraulic Machinery and Systems. Brno: University of Technology, 2009 - (Rudolf, P.), s. 205-214. ISBN 978-80-214-3947-4.
[IAHR International Meeting of the Workgroup on Cavitation and Dynamic Problems in Hydraulic Machinery and Systems /3./. Brno (CZ), 14.10.2009-16.10.2009]
Grant CEP: GA ČR(CZ) GA101/07/1612
Výzkumný záměr: CEZ:AV0Z20760514
Klíčová slova: cavitation erosion * bubble dynamics * CFD analysis
Kód oboru RIV: BK - Mechanika tekutin

The paper describes a new model for efficient modeling of water cavitation erosion potential in turbulent cavitating flow. The number and size of the cavitation nuclei in the inlet flow are predicted empirically or experimentally using the acoustic spectrometer. The bubble dynamics is described using the Rayleigh-Plesset equation along the flow streamlines obtained from the 3D RANS equations. The model of the erosion potential is based on the estimation of the energy dissipated by the collapses of the cavitating bubbles. The paper also describes the experiment carried out in the cavitation tunnel in the SIGMA R&D Institute. The CFD model is tested for 2D and 3D geometry. It is shown that the erosion potential of the first collapses is several orders higher than the potential of the subsequent collapses. The numerically determined location and magnitude of the first collapses are compared with the photographs of the erosion pattern. The agreement for the tested cases is very good.

Příspěvek popisuje nový model efektivního modelování kavitační eroze ve vodě při turbulentním kavitujícím proudění. Počet a velikost počátečních kavitačních zárodků ve vstupním proudu je uvažován empiricky nebo na základě experimentu pomocí akustického spektrometru. Dynamiku kavitačních bublin popisuje plná Rayleighova-Plessetova rovnice podél proudnic získaných řešením Navierových-Stokesových rovnic typu 3D RANS. Model erozního potenciálu je založen na odhadu energie disipované kolapsy kavitačních bublin. Článek také popisuje výsledky experimentu v kavitačním tunelu v SIGMA Výzkumném a vývojovém ústavu v Lutíně. Výpočetní model je testován pro dvou a třírozměrnou geometrii. Ukazuje se, že erozní potenciál prvních kolapsů je o několik řádu silnější než následujících kolapsů. Numericky určené místo a síla prvních vypočtených kolapsů jsou porovnány s fotografiemi skutečného erozního poškození. Shoda testovaných případů je velmi dobrá.
Trvalý link: http://hdl.handle.net/11104/0176529