1.4.2 Außenströmung (2) 26. Oktober 2010 Dr. Ludwig Vorlesung Kavitation WS 2010/11

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1 1.4.2 Außenströmung (2) 26. Oktober 2010 Dr. Ludwig Vorlesung Kavitation WS 2010/11 29

2 1.4.2 Außenströmung (3) Kavitationskennzahl: Definition Kavitationsbeginn (klassische Vorstellung): p x,min p0 p 2 c! p v 2 0 p0 p i c p 2 2 0, i i c0 pv 2 p0 pv c0,i x v i d.h.: bei geometrisch ähnlichen Konfigurationen ist eine Umrechnung auf andere Bedingungen: Flüssigkeiten Strömungsgeschwindigkeit Abmessungen möglich. 30

3 1.4.3 Typische Orte möglicher Kavitation in einer Kreiselpumpe Spaltkavitation Schaufelkavitation Bohrungskavitation Q Sp Q E Q H 31

4 1.4.3 Druckverteilungen am Schaufeleintritt eines Pumpenlaufrades Q < Q stoßfrei Q = Q stoßfrei Q > Q stoßfrei Teillastbetriebszustand Auslegebetriebszustand Überlastbetriebszustand Q < Q stoßfrei Q = Q stoßfrei Q > Q stoßfrei 32

5 1.4.3 Saug- und Druckseitenkavitation an einer Axialpumpenschaufel Q < Q stoßfrei Teillastbetriebszustand Q > Q stoßfrei Überlastbetriebszustand 33

6 NPSHR in Abhängigkeit vom zugrunde gelegten Kavitationskriterium Q stoßfrei Q 34

7 1.4.3 Typische Orte möglicher Kavitation in einer Kreiselpumpe - Spaltkavitation Spaltkavitation Schaufelkavitation Bohrungskavitation Q Sp Q E Q H 35

8 1.4.3 Kavitation am saugseitigen Drosselspalt einer radialen Kreiselpumpe Drehrichtung des Laufrades Q H 36

9 1.4.3 Typische Orte möglicher Kavitation in einer Kreiselpumpe - Bohrungskavitation Spaltkavitation Schaufelkavitation Bohrungskavitation Q Sp Q E Q H 37

10 1.4.3 Bohrungskavitation beobachtet am Ersatzmodell einer Entlastungsbohrung - + Verschwindende Kavitation desinent cavitation 38

11 1.5 Einflussparameter auf den Kavitationsbeginn p x,min ist eine Funktion von: Reibungsverlusten Grenzschichten Strömungsablösung Turbulenzgrad Wandrauhigkeit 39

12 1.5.1 Beispiel Zuspannungsfestigkeit (1) Realität a) p x,min = p v klassische Vorstellung b) p x,min < p v Zugspannungsfestigkeit der Flüssigkeit c) p x,min > p v negative Zugspannungsfestigkeit (Pseudokavitation) Grund Abhängig von: Vorbehandlung Vorgeschichte Gehalt an gelöstem Gas Gehalt an sogenannten Kavitationskeimen besitzt die Flüssigkeit eine gewisse Fähigkeit, Zugspannungen zu ertragen, bevor sie aufreißt. Sie verhält sich ähnlich, wie ein Stab unter Zugbelastung in der Werkstoffkunde. 40

13 1.5.1 Beispiel Zuspannungsfestigkeit (2) Verschwindende Zugspannungsfestigkeit c 0 = 9,50 m/s; = 0,69 41

14 1.5.1 Beispiel Zuspannungsfestigkeit (3) Hohe Zugspannungsfestigkeit c 0 = 9,50 m/s; = 0,69 42

15 1.5.1 Beispiel Zuspannungsfestigkeit (4) Negative Zugspannungsfestigkeit - Pseudokavitation c 0 = 9,50 m/s; = 0,69 43

16 1.5.1 Beispiel Zuspannungsfestigkeit (5) i p0 p 2 c0 2 v c0 d Re Frisches Leitungswasser Wasser entgast Wasser entgast und gefiltert 44

17 1.5.1 Beispiel Zuspannungsfestigkeit (6) Gasgehalt: 0.93 vol % Fördergrad q V Vopt Kavitationszahl ui ptot,0 p 2 u 1, a 2 v 45

18 1.5.2 Beispiel Strahlvermischungszone (1) 46

19 1.5.2 Beispiel Strahlvermischungszone (2) 47

20 1.5.2 Beispiel Strahlvermischungszone (3) Verschwindende Kavitation desinent cavitation 48

21 1.5.2 Beispiel Strahlvermischungszone (4) 49