터보펌프 인듀서에서 발생하는 캐비테이션은 시작점부터 점차 발달하여 임계점, 그리고 급격한 양정 하락으로 이어지는 붕괴점의 과정으로 진행된다. 본 연구에서는 터보펌프 인듀서에서 발생하는 캐비테이션 시작점에 대한 특성과 경험식을 사용한 예측을 평가해 보았다. 타원 평판의 캐비테이션 시작점 경험식은 터보펌프 인듀서의 시작점도 비교적 잘 예측하는 것으로 나타났다. 하지만, 선박용 프로펠러에서 이용되는 경험식의 경우 터보펌프 인듀서의 결과와 큰 차이를 보였다. 터보펌프 인듀서의 캐비테이션 시작점은 날개 수가 증가할수록 빨라졌지만, 현절비와는 무관한 것으로 나타났다.
본 연구는 함정 추진기에 적용되고 있는 공기분사에 의한 수중방사소음 저감기술에 대한 연구기반을 마련하고자 캐비테이션 터널에서 단순화된 모형을 이용하여 공기분사에 의한 캐비테이션과 소음의 변화에 대하여 연구하였다. 추진기 날개와 유사한 특성을 나타내는 3차원 타원형 수중익에 공기분사 위치와 분사량을 조절할 수 있는 공기분사시스템을 제작하였으며 캐비테이션 터널 시험조건을 조절하여 수중익에 다양한 형태의 캐비테이션을 모사하고 공기분사에 따른 캐비테이션과 소음특성의 변화를 실험적으로 분석하였다. 공기분사 위치 및 분사량에 따라 캐비테이션 및 소음특성이 달라짐을 확인하였다. 이는 추진기에 공기분사 기술을 적용하기 위해서는 캐비테이션의 발생위치, 거동에 따른 공기 분사위치 및 분사량의 최적화가 필요함을 의미한다.
Characteristics of steady and unsteady cavitation in a turbopump inducer were investigated in this paper. To see the effect of tip clearance on the inducer performance, three cases of tip clearance were tested. The helical inducer, which has two blades with inlet tip blade angle of 7.8 degree and tip solidity of 2.7, was tested in the water. In the non-cavitating condition, the inducer head decreased with increase in the tip clearance. Rotating cavitation and cavitation surge were observed through unsteady pressure measurements at the inducer inlet. The cell number and propagation speed of the rotating cavitation were determined through cross-correlation analysis. During the rotating cavitation one cell rotated at the same rotational speed as that of the inducer rotation and the cavitation surge did not rotate. The critical cavitation number increased with increase in the tip clearance at the same flow rate, but the change of critical cavitation number was small at the nominal flow rate.
In order to design a propeller with high efficiency and excellent cavitation performance, theoretical and experimental studies on the cavitation and noise characteristics according to the blade section shape are essential. In general, sheet cavitation, bubble cavitation, and cloud cavitation are the main causes of hull vibration and propeller surface erosion. However vortex cavitation, which has the greatest influence on the noise level because the fastest CIS in ship propeller, has been researched for a long time and studies have been conducted recently to control it. In this experiment, the development process of cavitation was measured by using three dimensional wings with two different wing section and wing tip shapes, and the noise level at that time was evaluated. In addition, we evaluated the relationship between cavitation inception and hydrodynamic force using three component load cell and we measured the velocity field of wing wake using LDV.
Suryanarayana, Ch.;Satyanarayana, B.;Ramji, K.;Rao, M. Nageswara
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제2권4호
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pp.185-194
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2010
A pumpjet propulsor (PJP) was designed for an underwater body (UWB) with axi-symmetric configuration. Its performance was predicted through CFD study and models were manufactured. The propulsor design was evaluated for its propulsion characteristics through model tests conducted in a Wind Tunnel (WT). In the concluding part of the study, evaluation of the cavitation performance of the pumpjet was undertaken in a cavitation tunnel (CT). In order to assess the cavitation free operation speeds and depths of the body, cavitation tests of the PJP were carried out in behind condition to determine the inception cavitation numbers for rotor, stator and cowl. The model test results obtained were corrected for full scale Reynolds number and subsequently analyzed for cavitation inception speeds at different operating depths. From model tests it was also found that the cavitation inception of the rotor takes place on the tip face side at higher advance ratios and cavitation shifts towards the suction side as the RPS increases whereas the stator and cowl are free from cavitation.
Stainless steel is widely applied in many industrial fields due to its excellent anti-corrosion and durability characteristics. However, stainless steel is very vulnerable to cavitation attack caused by high speed flow of fluid in the chloride environments such as marine environment. These conditions promote intergranular corrosion and cavitation-erosion, leading to degradation of the structural integrity and service life. In order to prevent these problems, the stabilized stainless steel is applied to the offshore and shipbuilding industries. In this study, Ti was added to 19%Cr-9%Ni as the stabilizer element with different concentrations (0.26%, 0.71%), and their durabilities were evaluated with cavitation-erosion experiment by a modified ASTM G32 method. The microstructural change was observed with the stabilizer element contents. The result of the observation indicated that the amount of carbide precipitation was decreased and its size became finer with increasing Ti content. In the cavitation-erosion experiment, both weight loss and surface damage depth represented an inverse proportional relationship with the amount of Ti element. Consequently, the stainless steel containing 0.71% of Ti had excellent durability characteristics.
본 연구에서는 NACA0012단면을 갖는 타원형날개끝 캐비테이션과 유기소음특성에 미치는 표면거칠기의 영향이 실험적으로 조사되었다. 사용한 표면거칠기는 조도 $200{\mu}m$의 입자로서, 날개끝 3cm 구간에 부착하였다. 또한 날개끝과 앞날에 각각 3cm의 거칠기를 준 경우도 별도로 조사되었다. 캐비테이션 발생시험 결과 캐비테이션 초기발생위치는 실험한 받음각 범위에서 날개끝으로부터 대략 1/2 코오드정도 후류이며, 캐비테이션 수가 감소함에 따라 변화하는 형상을 보였다. 날개끝 캐비테이션에 의한 소음은 주파수 3-50kHs사이의 비교적 고주파수에서 음압이 증가하는 양상을 보였으나, 더 낮은 캐비테이션수에서 날개 앞날 캐비테이션으로 확장되면 전 주파수 범위에 걸쳐서 소음이 증가하었다. 캐비테이션과 소음발생은 표면거칠기가 증가할때 개선되는 경향을 보였으나 그 차이는 크지않았다. 날개 앞날과 끝날에 거칠기를 준 경우가 낮은 캐비테이션수에서 다소 유리한 캐비테이션 특성을 보여준 반면 양력-항력비의 감소에 따른 문제점도 지적되었다.
The purpose of this study is to understand the cavitation phenomena in centrifugal pumps through computational fluid dynamics method. NPSH characteristic curve is measured from different flow operating conditions. Steady state, liquid-vapor homogeneous method with two equations transport turbulence model is employed to estimate the NPSH curve in centrifugal pumps. The Rayleigh-Plesset cavitation model is adapted as source term for inter-phase mass transfer in order to understand cavitation phenomena in centrifugal pumps. The cavitation incipient curve is clearly estimated at different flows operating conditions. A relationship is made between cavitation incipient and NPSH curve. Also the effects on water vapor volume fraction and pressure load distributions on the impeller blade are also described.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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제5권1호
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pp.1-9
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2012
In the turbopump inducer of a liquid propellant rocket engine, cavitation is affected by acceleration that occurs during an actual launch sequence. Since cavitation instabilities such as rotating cavitations and cavitation surges are suppressed during launch, it is difficult to obtain data on the influence of acceleration on cavitation instabilities. Therefore, as a fundamental investigation, in the present study, a three-blade cyclic cascade is simulated numerically in order to investigate the influence of acceleration on time-averaged and unsteady characteristics of cavitation that arise in cascade. Several cases of acceleration in the axial direction of the cascade, including accelerations in the upstream and downstream directions, are considered. The numerical results reveal that cavity volume is suppressed in low cavitation number condition and cavitation performance increases as a result of high acceleration in the axial-downstream direction, also, the inverse tendency is observed in the axial-upstream acceleration. Then, the regions in which the individual cavitation instabilities occur shift slightly to a low-cavitation-number region as the acceleration increases downstream. In addition, in a downstream acceleration field, neither sub-synchronous rotating cavitation nor rotating-stall cavitation are observed. On the other hand, rotating-stall cavitation occurs in a relatively higher-cavitation-number region in an upstream acceleration field. Then, acceleration downstream is robust against cavitation instabilities, whereas cavitation instabilities easily occur in the case of acceleration upstream. Additionally, comparison with the Froude number under the actual launch conditions of a Japanese liquid propellant rocket reveals that the cavitation performance will not be affected by the acceleration under the current launch conditions.
Marine equipment exposed to harsh environments requires not only excellent corrosion resistance but also improvement of physical characteristics against natural material degradation. With growing interests in ocean energy resources, the higher reliability for marine equipment has become more important in terms of material characteristics. ALBC3 alloy represents excellent corrosion resistance and is widely used in corrosive environments. However, cavitation damage occurs frequently due to its poor durability in high flow rate of marine environment. In this research, shot peening technology was employed as a surface modification with shot peening stand-off distance to mitigate cavitation damage. The effects of shot peening on extent of cavitation damage and weight loss were evaluated for both shot peened and non-peened specimens. The results revealed that the application of shot peeing decreased cavitation damage for all experimental conditions in comparison with the non-peened specimens. The optimum stand-off distance was determined to be 10 cm, since more than 35 % of cavitation damage reduction was observed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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