Nedavno so van Rijsbergen et al. (2012) s hkratnim opazovanjem kavitacijskih struktur in meritvami akustičnih pulzacij ter Petkovšek in Dular (2013) s sočasnim opazovanjem kavitacijskih struktur in povzročene kavitacijske erozije, opozorili na dejstvo, da majhne kavitacijske strukture in topologija kavitacijskih oblakov pri kavitacijskem erozijskem potencialu igrajo odločilno vlogo. Kljub temu, da sta prej omenjeni raziskavi odprli nekaj novih vpogledov v fiziko kavitacijske erozije, so se hkrati pojavila nova vprašanja. V obravnavani raziskavi smo pritrdili tanko aluminijasto folijo na površino prozornega Venturijevega odseka z obojestranskim transparentnim lepilnim trakom. Površina je bila zelo mehka - je nagnjena k kavitacijskim poškodbam v kratkem času. Z uporabo hitre kamere s 30.000 slikami na sekundo, smo sočasno spremljali in evidentirali različne kavitacijske strukture (iz več perspektiv) in površino folije. Analiza prikazanih slik kaže, da obstaja pet značilnih mehanizmov, ki povzročijo poškodbe na površini in sicer: kolaps sferičnega kavitacijskega oblaka, kolaps kavitacijskega oblaka v obliki podkve, kolaps vrtinčnega oblaka, kolaps ob cepitvi kavitacijskega oblaka v stagnacijski točki ob koncu pritrjenega oblaka.
COBISS.SI-ID: 14036763
Primerjali smo rezultate numeričnih simulacij s slikami kavitacijskih struktur in nastale kavitacijske erozije posnetimi pri visokih hitrostih. Za napoved nastanka udarnih valov pri razpadu oblaka, za katere se domneva, da so neposredno povezani s pojavom kavitacijskih poškodb smo izvedli numerične simulacije popolnoma stisljivih kavitacijskih tokov ter dobili dobro ujemanje med izračuni in testi. V enem kavitacijskem ciklu smo zasledili dva visokotlačna pulza, ki prispevata k nastanku in postopnemu širjenju kavitacijskih poškodb materiala. Prvi izhaja iz kavitacijskega kolapsa, drugi pa iz s kolapsom povzročene oscilacije toka. Na podlagi ugotovitev smo izvedli dodatne, natančnejše numerične simulacije s krajšim časovnim korakom. S tem smo želeli bolje raziskati proces kavitacijskega kolapsa in povezanih tokovnih oscilacij. Opazili smo pojav kolapsa majhnih kavitacijskih struktur, ki implodirajo neodvisno od glavnega kavitacijskega oblaka. Opravljeno delo kaže velik potencial za razvoj numeričnih metod za natančno napovedovanje kavitacijske erozije.
COBISS.SI-ID: 13879067
Z raziskavo je bila razvita nova metoda za raziskovanje dinamike in strukture kompleksnih dvofaznih tokov, ki temelji na izjemno hitrem rentgenskem slikanju. Kavitacija je bila ustvarjena znotraj en milimeter velikega 2D Venturijevega preizkusnega modela, medtem ko so bile kavitacijske kali v pretok vbrizgane. Zahvaljujoč tehniki izboljšave faznega kontrasta z APS (Advanced Photon Source) sinhrotronskim žarkom, smo pridobili rentgenske slike kompleksnih kavitacijskih tokov visoke ločljivosti. Te slike vsebujejo dragocene informacije o kapljeviti in plinasti fazi, ki sta bili med obdelavo slike ločeni. Iz križne korelacije slik smo lahko v nadaljevanju določili hitrostna polja vsake in pridobili tudi lokalne volumske deleže parne faze. Simultane meritve, ki jih omogoča nova tehnologija omogočajo boljši vpogled v strukturo in dinamiko dvofaznih tokov, kot tudi medsebojno interakcijo posameznih faz ter s tem omogočajo izboljšanje razumevanja dvofaznih pojavov. Z uporabo preskusnega Venturijevega modela smo prvič prikazali zdrs oz. razliko hitrosti med obema fazama s pomočjo rentgenskih meritev tako za ustaljene kot tudi za časovno odvisne tokove.
COBISS.SI-ID: 15738139
Pri obravnavi kapljevinskih tokov, kjer je delovna temperatura blizu kritični, procesa kavitacije ni mogoče obravnavati izotermno. Zaradi relativno visoke gostote pare postane termodinamični učinek (zmanjšanje temperature v kapljevini zaradi latentnega toka toplote) precejšen in ga ne gre zanemariti. Upoštevanje termodinamičnega učinka je tako bistvenega pomena v primeru črpanja kriogenega goriva in oksidatorja v pogonskih sistemih vesoljskih raket. Zaradi navedenega ima temeljno razumevanje fizike navedenega pojava in njeno eksperimentalno opazovanje še posebej veliko vrednost. V raziskavi so bile izvedene meritve temperature v kavitacijskem toku na preprostem konvergentno-divergentnem odseku z infrardečo (IR) termografijo. Razvit kavitacijski tok vroče vode (-100 ° C) je bil posnet z IR termografijo visoke hitrosti in primerjan s posnetki konvencionalne visoko hitrostne tehnike vizualizacije s hitro kamero, pri različnih obratovalnih pogojih (hitrostno območje v grlu šobe med 9,6 in 20,6 m / s ter vstopni tlak med 143 in in 263 kPa). Temperaturna razlika v grlu šobe (v bližini vstopnega roba) je bila izmerjena v območju do T = 0,5 K, kar potrjuje prisotnost termodinamskih učinkov pri kavitaciji in je v skladu s teorijo. V raziskavi so predstavljena in obravnavana povprečna temperaturna polja, standardni odklon temperaturnih polj in časovno poteki temperature. Poleg tega je podana tudi statistična analiza zveze med padcem temperature in karakteristikami kavitacijskega toka.
COBISS.SI-ID: 15578139
V prispevku je predstavljena nova brezkontaktna metoda za sočasno analizo tlaka in hitrosti v kavitacijskih tokovih. Metoda (izvedena v lastni programski opremi ADMflow) temelji na vizualizaciji toka s hitro kamero in je bila ovrednotena na poskusu z ultrazvočno inducirano akustično kavitacijo različnih intenzitet. Pritrjen kavitacijski oblak z jasno vidnimi kavitacijskimi strukturami se je pojavil na vrhu ultrazvočne sonde potopljene v destilirano vodo. Z uporabo hitre kamere so bile z računalniško podprtim algoritmom, ki temelji na Brennenovi teoriji kinematike kavitacijskih oblakov in spremenjeni različici Rayleigh-Plessetove enačbe, izračunane fluktuacije tlaka. Referenčne meritve tlačnih impulzov so bile izvedene s hidrofonom nameščenim na dnu posode za tekočino. Analiza dinamike kavitacijskih struktur je bila dopolnjena z izračunom hitrostnih polj iz rezultatov vizualizacije toka. Algoritem izračuna hitrostnih polj temelji na konvektivno difuzivni transportni enačbi, izračunane fluktuacije pa so bile analizirane v prostorski, časovni in spektralni domeni. Predstavljeni rezultati kažejo na močno korelacijo med polji hitrosti in nihanji tlaka med rastjo in kolapsom kavitacijskih struktur. Primerjava časovnih potekov in močnostnih spektrov pa dokazuje, da se rezultati pridobljeni s predstavljeno metodo zadovoljivo ujemajo z rezultati referenčnih merilnih metod in jih je zato mogoče uporabljati za brezkontaktno analizo tlačnih in hitrostih razmer v kavitacijskih tokovih.
COBISS.SI-ID: 20392982