Experimental analysis of cavitation erosion in a particle-laden flow

Filip Jovanovski (Avtor), Ignacijo Biluš (Mentor), Daniel Zdolšek (Mentor), Luka Kevorkijan (Komentor)

Povzetek

Cavitation erosion is a problem that presents a challenge for the engineers in different industries, as it erodes the machinery which leads to lower efficiency and higher maintanance costs. An experimental investigation has been conducted to evaluate cavitation and cavitation erosion with and without the presence of solid particles in a Venturi channel. The methodology is based on observing and analysing the evolution of the vapour structures and occurence of cavitation erosion on the sample surface in the Venturi channel. To conduct experiments the cavitation tunnel was used, with the central component being a transparent test section with a Venturi-like channel (constructed from Plexiglass walls and a metal insert) to monitor the process of cavitation. To detect the damage caused by cavitation erosion and abrasion, the most effective solution was found to be an indicator in the form of black acrylic paint thinned with water (at a ratio of 1:2). On the sample surface, a self-adhesive aluminium tape was applied to protect the aluminium base from erosive characteristics from cavitation Furthermore, a comparison between cavitation with and without solid particles was made to determine the effects of solid particles on both cavitation and abrasion of the sample surface. The observation revealed that no matter the solid particles, damage from cavitation erosion appears at the separation point and in proximity to the location of the detached cloud collapse. The spherical glass particles with diameters between 40 µm and 70 µm added an abrasive effect on the sample surface only in the presence of cavitation structures. It was determined, that the intensity of cavitation erosion and abrasion increases when the cavitation number decreases and volumetric flow rate increases. Also, an economic analysis was conducted, to determine which is the more cost beneficial solution between replacement of the metal insert and application of protective coatings over the metal insert.

Ključne besede

cavitation erosion;solid particles;abrasion;experiment;diplomske naloge;

Podatki

Jezik:	Angleški jezik
Leto izida:	2023
Tipologija:	2.11 - Diplomsko delo
Organizacija:	UM FS - Fakulteta za strojništvo
Založnik:	[F. Jovanovski]
UDK:	620.193.16(043.2)
COBISS:	189296131
Št. ogledov:	60
Št. prenosov:	12
Ocena:	0 (0 glasov)
Metapodatki:

Ostali podatki

Sekundarni jezik:	Slovenski jezik
Sekundarni naslov:	Eksperimentalna analiza kavitacijske erozije v toku kapljevine s trdimi delci
Sekundarni povzetek:	Kavitacijska erozija je izziv za inženirje v različnih industrijah, saj povzroča erozijo strojev, kar vodi do manjše učinkovitosti in višjih stroškov vzdrževanja. Izvedena je bila eksperimentalna analiza kavitacijske erozije v toku kapljevine s trdnimi delci v Venturijevem kanalu in brez njih. Metodologija temelji na analizi in opazovanju razvoja parnih struktur in kavitacijske erozije na površini vzorca v Venturijevem kanalu. Za izvedbo eksperimentov je bil uporabljen kavitacijski tunel, katerega osrednji del je bil prozoren testni odsek z Venturijevim kanalom (izdelanim iz sten iz pleksi stekla in kovinskega vstavka) za spremljanje procesa kavitacije. Za spremljanje poškodb, ki jih povzročata kavitacijska erozija in abrazija, se je kot najučinkovitejša rešitev izkazal pokazatelj v obliki črne akrilne barve, razredčene z vodo (v razmerju 1 : 2). Na površini vzorca je bil nameščen samolepilni aluminijasti trak za zaščito aluminijaste podlage pred erozijskimi lastnostmi zaradi kavitacije. Poleg tega je bila izvedena primerjava med kavitacijo s trdnimi delci in brez njih, da bi ugotovili učinke trdnih delcev na kavitacijo in površino vstavka. Opazovanja so pokazala, da se ne glede na trdne delce, poškodbe zaradi kavitacijske erozije pojavijo na mestu separacije kavitacijskega oblaka in in v bližini kolpasa kavitacijskega oblaka. Krogelni, stekleni delci premera od 40 µm do 70 µm so zgolj ob prisotnosti kavitacijskih struktur dodali abrazivni učinek na površino vstavka. Opazili smo, da se intenzivnost kavitacijske erozije in abrazije poveča, ko se kavitacijsko število zmanjša, volumski pretok pa poveča. Opravljena je bila tudi ekonomska analiza, da bi ugotovili, katera rešitev je stroškovno ugodnejša med zamenjavo kovinskega vstavka in nanosom zaščitnih premazov na kovinski vstavek.
Sekundarne ključne besede:	kavitacijska erozija;trdni delci;abrazija;eksperiment;
Vrsta dela (COBISS):	Diplomsko delo/naloga
Komentar na gradivo:	Univ. v Mariboru, Fak. za strojništvo, GING
Strani:	1 spletni vir (1 datoteka PDF (XI, 56 f.))
ID:	19855165