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Autor: Bachert, Rudolf
Titel:Dreidimensionale, instationäre Effekte kavitierender Strömungen
Dissertation:TU Darmstadt, Fachbereich Maschinenbau, 2004

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Abstract auf Deutsch:


Kavitation ist in der Strömungsmechanik beim Betrieb von Pumpen und Turbinen, aber auch bei der Durchströmung von Armaturen und bei Schiffspropellern eine häufig anzutreffende Erscheinung. Definitionsgemäß ist Kavitation das Entstehen und implosionsartige verschwinden von Dampfblasen in einer Strömung. In der Forschung stehen überwiegend die unerwünschten und negativen Aspekte der Kavitation im Mittelpunkt. Die Auswirkungen haben in der Regel immer einen negativen Einfluss auf die Lebensdauer der beaufschlagten Bauteile. Neben der zerstörenden Wirkung stehen die Einschränkung des Betriebsbereichs und die Schallemission im Fordergrund. Die kavitationsgünstige Gestaltung von Kreiselpumpen stellt deshalb eine wichtige Voraussetzung für einen störungsfreien und kosten-günstigen Betrieb dar. Der zulässige, kavitationsbehaftete Betriebszustand einer Kreiselpumpe richtet sich in den meisten Einsatzfällen nach dem Schädigungspotential bzw. nach den Auswirkungen der Kavitation, so dass im Hinblick auf noch zulässige Kavitationszustände meist weit fortgeschrittene Kavitation vorliegt. Eine vollständige Vermeidung von Kavitation würde durch enorme Sicherheitszu-schläge schnell an die Grenze der Unwirtschaftlichkeit führen. Bei der Untersuchung der Kavitation sind ebenso wie die Generierung der Wolken die dreidimensionalen Effekte der Kavitationsgebiete selbst, d.h. der Mechanismus welcher für das Erscheinungsbild der asymmetrischen Dampfverteilung bei wolkengenerierender Kavitation verantwortlich ist, von Interesse. Bei den Untersuchungen fanden verschiedene Messanordnungen, Messsysteme und Versuchsprüfstände Anwendung. Grundlegende Untersuchungen zur dreidimensionalen Kavitation und zur Wolkengenerierung fanden an verschiede-nen Einzelprofilen statt, hier wurde z.B. der für die Wolkengenerierung verantwortliche Mechanismus untersucht. Die Messungen zum Kavitationsverhalten einer Kreiselpumpe wurden an einem Prüfstand mit optischer Zugänglichkeit zum Laufrad und den Schaufelkanälen durchgeführt. Die Untersuchun-gen bedingten auch die Anwendung eines neuartigen Lasermessverfahrens, durch welches es erstmals möglich war Geschwindigkeiten innerhalb eines Dampfgebietes rückwirkungsfrei und als Feldinformation zu erhalten. Die vorliegende Arbeit zeigt neue Ergebnisse was die dreidimensionale Strömung in Verbindung mit Kavitation betrifft und stellt die neu gewonnen Auswirkungen auf das Förderverhalten von Kreiselpumpen dar.


Abstract auf Englisch:

Hydraulic turbo machines frequently work in operation condition where the pressure locally drops below the vapour pressure of the liquid and cavitation occurs. Occurrence of cavitation in hydraulic machines leads to problems like vibration, increase of hydrodynamic drag, pressure pulsation, chance in flow kinematics, noise and erosion of solid surfaces. Most of the problems are related to transient behaviour of cavitation structures. In the focus of research are almost the negative effects of cavitation. The construction of convenient pumps, in relation to the cavitation effects, is an important requirement for the safety operation of hydraulic turbo machines. The allowed operation point, in combination with cavitation, is according to the application of the turbo machinery, the potential of erosion and the effi-ciency loss. In most operation points advanced cavitation is occurring. The investigations of 3-dimensional and unsteady effects in cavitating flows are really necessary to understand the phenomena of the cloud generation, the effect of efficiency loss, erosion and the distribution of void fraction inside the cavitating zone. For the investigations several test rigs and measurement methods where used. Fundamental investigations concerning the 3-dimenional effects and the cloud generation where made at different single hydrofoils. The investigations concerning the behaviour of the cavitation in a radial pump impeller where made at a test rig with a special modified case. This pump allowed the optical investigation of the impeller. The PIV- (Particle Image Velocimetry) technique combined with the LIF- (Laser Induced Fluores-cence) technique enabled to obtain information about the velocity field outside and inside the cavitat-ing zone. With this measurement methods, new information and knowledge about the 3-dimensional effects of unsteady cavitating flows where received. It was possible to show the so called „re-entrant jet“, a backflow near the surface of the hydrofoil. This re-entrant jet is responsible for the periodical shedding of vapour clouds. Also new information about the influence of the 3-dimensional unsteady cavitation effects on the operating conditions of a radial pump was received. The cavitation shows sev-eral similar effects from the single hydrofoils to the radial pump.

Dokument aufgenommen :2004-11-17
URL:http://elib.tu-darmstadt.de/diss/000501