Ústav pre technológiu fluidných systémov Prednáška o kavitácii WS 201011

Institute for Fluid System Technology Prednáška Kavitácia ZS 2010/11 Dr.-Ing. Gerhard Ludwig

fluidných

Obsah - Prednáška o kavitácii 1 Úvod 2 Fyzikálne základy 3 Výskumy na začiatku kavitácie 4 Pokročilá kavitácia 5 Účinky kavitácie 19. októbra 2010 Dr. Ludwigova prednáška o kavitácii ZS 2010/11 2

Knihy zamerané na prehĺbenie obsahu prednášky Kavitácia KNAPP/DENNÉ/HAMMIT Kavitácia Knižná spoločnosť McGraw-Hill ISAY Kavitácia Schiffahrts-Verlag Hansa C Schroedter & Co. MLADÁ Kavitácia McGraw-Hill Knižná spoločnosť BRENNEN Kavitácia a bublinová dynamika Knižná spoločnosť McGraw-Hill LECOFFRE La kavitácia Hermes Verlag Paris FRANC/MICHEL Základy kavitácie Springer Holandsko 19. októbra 2010 Dr. Ludwig prednáška kavitácia ZS 2010/11 3

Prehľad obsahu - kapitola 1 Úvod 1.1 Definícia pojmu kavitácia 1.2 Kavitácia - technický význam 1.3 Formy kavitácie 1.4 Hydrodynamické príčiny vzniku kavitácie 1.4.1 Vnútorný prietok 1.4.2 Vonkajší prietok 1.4.3 Miesta možnej kavitácie v odstredivom čerpadle 1.5 Parametre ovplyvňujúce vznik kavitácie 1.5 .1 Vzorová pevnosť v ťahu 1.5.2 Príklad prúdovej zmiešavacej zóny 19. októbra 2010 Dr. Ludwigova prednáška o kavitácii ZS 2010/11 4

1.1 Definícia pojmu kavitácia (1) Lokálna zmena fázy v kvapalinách v dôsledku zníženia hydrodynamického tlaku (t. J. V súvislosti s pohybom) z kvapalného na plynný. Tvorba parných a plynových dutín. Opak: var alebo var, odparovanie spôsobené prídavkom tepla alebo znížením statického tlaku v kvapaline. Výsledné bubliny pár sú vedené prúdom a zrútia sa ako implózia, keď tlak opäť stúpne nad tlak pár. Celý proces spočíva v odparení a opätovnej kondenzácii. 19. októbra 2010 Dr. Ludwig Cavitation prednáška ZS 2010/11 5

1.1 Definícia pojmu kavitácia (2) Proces varu Varenie Zníženie tlaku napr. pripravuje sa 19. októbra 2010 Dr. Ludwig Cavitation prednáška ZS 2010/11 6

1.2 Kavitácia Technický význam (1) História V roku 1895 nový torpédoborec anglického námorníctva nedosiahol plánovanú rýchlosť. Dôvodom bolo podozrenie, že sa jedná o dutiny vyplnené parou na listu vrtule. Prvé zásadné vyšetrenie kavitácie na lodných lodiach od Sir Thornycroft a Barnaby. V roku 1895 Sir Charles Parsons postavil prvý kavitačný kanál na skúmanie kavitačných javov na lodných lodiach. Na prelome storočia sa na lopatkách nachádzali čoraz väčšie materiálne škody, ktoré sa prejavovali na prelome storočí. Už v roku 1754 predpovedal Leonhard Euler na základe teoretických úvah možný výskyt kavitácie. 19. októbra 2010 Dr. Ludwig Cavitation prednáška ZS 2010/11 7

1.2 Kavitácia Technický význam (2) Prvý kavitačný kanál postavený sirom Charlesom Parsonom (1895) 19. októbra 2010 Dr. Ludwig Cavitation prednáška ZS 2010/11 8

1.2 Kavitácia Technický význam (2) Účinky Vznik dvojfázového prietoku, ktorý zužuje voľný prierez prietokového stroja. - Zmena charakteristickej krivky stroja (zníženie účinnosti, zníženie výtlačnej výšky). Vyskytujú sa silné vibrácie. Vyskytujú sa výrazné zvuky. Zničenie materiálu v dôsledku vysokofrekvenčných tlakových rázov, ku ktorým dochádza počas bublinovej implózie (t. J. Opätovná kondenzácia). 19. októbra 2010 Dr. Ludwig Cavitation prednáška ZS 2010/11 9

1.2 Kavitácia Technický význam (3) Použitie kavitácie Čistenie povrchu ultrazvukom s využitím agresivity implozie zvukovo indukovaných bublín Tekutý lúč na rezanie materiálov Rezanie vodným lúčom optimalizované pomocou kavitácie. Intenzifikácia procesov miešania, napr. v potravinárskom priemysle výroba emulzií. Zlepšenie atomizácie v vstrekovacích dýzach paliva, čistenie a čistenie odpadových vôd, odparovanie za studena a extrakcia uhľovodíkov z kontaminovanej vody. Zničenie škodlivých mikroorganizmov (napr. Čistenie balastnej vody na tankeroch) Litotrypsia (rozbitie obličiek a iných kameňov) Lokálne a priestorovo obmedzené uvoľňovanie terapeutických látok v ľudskom organizme pomocou kavitácie vyvolanej zvukom 19. októbra 2010 Dr. Ludwigova prednáška o kavitácii ZS 2010/11 10

1.3 Formy kavitácie (1) Kavitácia s jednou bublinou Kavitácia vírivým vírom 19. októbra 2010 Dr. Ludwig Cavitation prednáška ZS 2010/11 11

1.3 Formy kavitácie (2) Pruhová kavitácia Tip vírová kavitácia 19. októbra 2010 Dr. Ludwig Cavitation prednáška ZS 2010/11 12

1.3 Formy kavitácie (3) 19. októbra 2010 Dr. Ludwig Lecture Cavitation WS 2010/11 13 Kavitácia s jednou bublinou

1.3 Formy kavitácie (4) 19. októbra 2010 Dr. Ludwig Prednáška Kavitácia WS 2010/11 14 Kavitácia na vrstve

1.3 Formy kavitácie (5) Vírová kavitácia v šmykovej vrstve 19. októbra 2010 Dr. Ludwigova prednáška o kavitácii ZS 2010/11 15

1.3 Formy kavitácie (6) 19. októbra 2010 Dr. Ludwig Prednáška Kavitácia WS 2010/11 16 Super kavitácia

1.3 Formy kavitácie (7) Nestabilná oblačná kavitácia 19. októbra 2010 Dr. Ludwigova prednáška o kavitácii ZS 2010/11 17

1.3 Formy kavitácie (8) Nestabilná oblačná kavitácia 26. októbra 2010 Dr. Ludwigova prednáška o kavitácii ZS 2010/11 18