Beteiligte Wissenschaftler

M.Sc. Yuxing Lin
Prof. Dr.-Ing. Bettar Ould el Moctar

Projektbeschreibung

Kavitation verursacht häufig unerwünschte Auswirkungen auf die Leistung von Schiffsrudern, Schiffspropellern, Pumpen, Hydraulikturbinen und anderen Maschinen, was zu unerwünschten Geräuschen, Vibrationen und Erosion führt. Die Wechselwirkung zwischen Kavitation und strukturellem Verhalten von Körpern kann starke transiente Belastungen hervorrufen und hydrodynamische Instabilitäten verursachen. Daher ist es notwendig, die Auswirkungen instationärer kavitierender Strömungen auf strömungsinduzierte Schwingungen zu verstehen.

Diese Arbeit befasst sich mit experimentellen und numerischen Untersuchungen von starren und flexiblen Testkörpern für verschiedene Strömungsbedingungen in nicht kavitierenden und kavitierenden Regimen. Zunächst wird eine experimentelle Studie für starre und flexible Tragflügel durchgeführt, um die Strukturantwort in Folge von Kavitation zu untersuchen und mit vorhandenen experimentellen Daten zu vergleichen. Zweitens werden Experimente für Modelle von Schiffsrudern aus Polyvinylchlorid (PVC) und Messing bei nicht kavitierenden und unterschiedlichen instationären Kavitationsregimen durchgeführt, um die Wechselwirkungen zwischen Kavitationsdynamik und strukturellem Verhalten flexibler und starrer Ruder zu analysieren.

Zu diesem Zweck werden die Kavitationsstrukturen auf beiden Rudern mithilfe der Hochgeschwindigkeitsbildgebung qualitativ analysiert. Anschließend werden die hydrodynamischen Kräfte und die Wirbelablösungsfrequenz der Strömung um das Ruder gemessen. Die Wirbelstrukturen in der Nähe des Nachstrombereiches werden unter Verwendung von PIV in verschiedenen Kavitationsregimen untersucht. Zusätzlich wird die dynamische Verformung/Vibration der Ruder in instationären Kavitationsregimen bei unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten und Anstellwinkeln analysiert. Darüber hinaus wird die Versperrungssituation zwischen der ersten Biegefrequenz und der Ablösefrequender Kavitation in instationären Kavitationsregimen für die starren und flexiblen Ruder bestimmt.

Die wesentlichen Ziele des Teilprojektes sind:

• Experimentelle Untersuchung auf induzierte Vibration durch Kavitation im Kavitationskanal
• Numerische Untersuchung der Kavitation mittels CFD​

Beispielergebnisse

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Figure 1 Ein Ablösezyklus von Wolkenkavitation auf einem PVC und einem Messing Tragflügel​

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Figure 2 Experimenteller Versuchsaufbau für “Digital image correlation”​