Kavitující paprsek

Abstract

Předložená diplomová práce se zabývá kavitujícím paprskem a je rozdělena do tří hlavních částí. Teoretická část popisuje základní principy kavitace a její negativní účinky na povrch obtékaných těles (např. hydraulických strojů). Rozsáhlá kapitola je také věnována popisu samotného kavitujícího paprsku včetně mechanismů jeho vzniku, růstu a kolapsu. Další podkapitola je zaměřena na modely kavitační eroze, které mají velký význam pro predikci kavitační eroze ve fázi výpočtové simulace. V experimentální části je popsáno testování vzorku mědi inspirované normou ASTM G134 a následné vytvoření grafů kumulativního hmotnostního úbytku a rychlosti úbytku hmotnosti. Dále byla také provedena vizualizace pomocí vysokorychlostní kamery, aby bylo možné podrobně prozkoumat dynamické chování kavitujícího paprsku. Poslední část je zaměřena na numerické simulace pomocí výpočtového modelování proudění, tzv. Computational Fluid Dynamics (CFD), a na predikci kavitační eroze. Z důvodu optimalizace úlohy bylo provedeno více výpočtů na různých typech sítí s různými modely turbulence. Následně byly výsledky ze simulací vyhodnoceny a společně s výsledky z experimentu byly použity pro predikci kavitační eroze.

This diploma’s thesis deals with the cavitating liquid jet and cavitation erosion models. It is divided into three main parts. The theoretical part describes the fundamental principles of cavitation and its negative effects on the surface of circumflowed solid materials (e.g. at hydraulic machines). An extensive chapter is also devoted to a description of the cavitating liquid jet itself, including the mechanisms of its inception, growth and collapse. Another subchapter focuses on cavitation erosion models, which are of great importance for a prediction of the cavitation erosion in the phase of computational simulation. In the experimental part, a copper sample was exposed to the cavitating jet in a test rig inspired by ASTM G134 standard and consequently, graphs of cumulative mass loss and mass loss rate were created. In addition, a visualization using high-speed camera was performed for better understanding of the cavitating liquid jet dynamic behavior. The last part focuses on numerical simulations using Computational Fluid Dynamics (CFD) and the cavitation erosion prediction. Multiple computations were performed on different types of mesh with different turbulence models in order to optimize the numerical simulation. Subsequently, the results from the simulations were evaluated and used together with the results from the experiment to predict cavitation erosion.