Cavitation is the most serious problem caused in developing high-speed turbopump, and use of an inducer is often made to avoid cavitation in main impeller. Thus, the inducer always operates under the worst condition of cavitation. If it could be possible to control and suppress cavitation in the inducer by some new device, it would also be possible to suppress cavitation occurring in all types of pumps. The purpose of our present study is to develop a new effective method of controlling and suppressing cavitation in an inducer using shallow grooves, named as "J-Groove", J-Groove is installed on the casing wall near the blade tip to use the pressure difference between high pressure region and low pressure region in the axial direction at the inlet of the inducer. The results show that proper combination of backward-swept inducer with J-Groove improves suction performance of turbopump remarkably in the range of partial flow rate as well as designed flow rate. The rotating backflow cavitation occurring in the range of low flow rate and the cavitation surge occurring in the vicinity of the best efficiency point can be almost fully suppressed by installing J-Groove.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.29
no.11
s.242
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pp.1239-1247
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2005
Cavitation is the most serious problem in developing high-speed turbopump, and inducer is often used to avoid cavitation in main impeller. Thus, inducer is always operating in the worst .cavitation condition. If it is possible to control and suppress cavitation in inducer by some new device, it might be possible to suppress cavitation occurring in any type of pumps. The purpose of present study is to develop a new effective method of controlling and suppressing cavitation in inducer using shallow grooves, which is named 'J-Groove'. J-Groove is installed on the casing wall near the blade tip to use the pressure difference between high pressure region and low pressure region of the inducer in an axial direction. The results show that proper combination of backward-swept inducer with J-Groove improves suction performance of turbopump remarkably in the range of partial flow rate as well as designed flow rate. The rotating backflow cavitation occurring in the range of low flow rate and the cavitation surge occurring in the vicinity of the best efficiency point can be almost suppressed by installing J-Groove.
Journal of the Korean Society of Fisheries and Ocean Technology
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v.33
no.3
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pp.202-208
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1997
The component materials threatened by cavitation include ship propellers as well as turbine runners, pump impellers, pipe lines and radiators. Today it is known that cavitation damage takes place on many other components including on the coding water side of the cylinder liners of diesel engines. Cavitation erosion - corrosion implies damage to materials due to the shock pressure or shock wave that results when bubbles form and collapse at a metal surface within a liquid. To suppress cavitation erosion as well as cavitation erosion - corrosion to hydraulic equipment, innovations such as the improvement in the geometric design of the equipment or the selection of suitably resistant construction materials are necessary. In this study, we investigated that the cavitation erosion - corrosion damage under vibratory cavitation can be reduced by adding of side now velocity to the cavitation bubble group in order to eliminate bubbles formed in sea water environment.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.3
no.4
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pp.324-331
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2010
Cavitation in cryogenic fluids generates substantial thermal effects and strong variations in fluid properties, which in turn alter the cavity characteristics. In order to investigate the cavitation characteristics in cryogenic fluids, numerical simulations are conducted around an axisymmetric ogive in liquid nitrogen and hydrogen respectively. The modified Merkle cavitation model and energy equation which accounts for the influence of cavitation are used, and variable thermal properties of the fluid are updated with software. A good agreement between the numerical results and experimental data are obtained. The results show that vapor production in cavitation extracts the latent heat of evaporation from the surrounding liquid, which decreases the local temperature, and hence the local vapor pressure in the vicinity of cavity becomes lower. The cavitation characteristics in cryogenic fluids are obtained that the cavity seems frothy and the cavitation intense is lower. It is also found that when the fluid is operating close to its critical temperature, thermal effects of cavitation are more obviously in cryogenic fluids. The thermal effect on cavitation in liquid hydrogen is more distinctively compared with that in liquid nitrogen due to the changes of density ratio, vapour pressure gradient and other variable properties of the fluid.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2008.03a
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pp.383-390
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2008
Flow pattern of cavitation around a plano-convex foil, whose shape is similar to the inducer impeller of the turbo-pumps in the liquid fuel rocket engine, was observed by using a cryogenic cavitation tunnel of blowdown type for visualization. Working fluids were liquid nitrogen and hot water. The parameter range to be varied was between 20 and 60mm for channel width, 20 and 60mm for foil chord, -1.8 and 13.2 for cavitation number, 3.7 and 19.5m/sec for averaged inlet velocity, $8.5{\times}10^4$ and $1.5{\times}10^6$ for Reynolds number, -8 and $8^{\circ}$ for angle of attack, respectively. Especially at positive angle of attack, namely, convex surface being downstream, the whole cavity or a part of the cavity on the foil surface departs periodically. Periodic cavitation occurs only in case of smaller cavitation size than twice foil chord. Cavitation thickness and length in 20mm wide channel are larger than those in 60mm due to the wall confinement effect. Therefore, periodic cavitation in 60mm wide channel easily occurs than that in 20mm. These results suggest that the periodic cavitation is controlled by not only the hydrodynamic effect of vortex shedding but also the channel wall confinement effect.
Single-orifice plate is wildly utilized in the piping system of the nuclear power plant to throttle and depressurize the fluid of the pipeline. The cavitation induced by the single-orifice plate may cause some serious vibration of the pipeline. This study aims to find the optimal designs of the single-orifice plates that may have weak cavitation possibilities. For this purpose, a new single-orifice plate with a convergent-flat-divergent hole was modeled, a multi-objective optimization method was proposed to optimize the shape of a single-orifice plate, while computational fluid dynamics method was adopted to obtain the fluid physical quantities. The reciprocal cavitation number and the developmental integral were treated as cavitation indexes (e.g., objectives for the optimization algorithm). Two non-dominant designs ultimately achieved illustrated obvious reduction in the cavitation indexes at a Reynolds number Re = 1 ×105 defined based on fluid velocity. Besides, the sensitivity analysis and temperature effects were also performed. The results indicated that the convergent angle of the single-orifice plate dominants the cavitation behavior globally. The optimal designs of single-orifice plates result in lower downstream jet areas and lower upstream pressure. For a constant Reynolds number, the higher temperature of liquid water, the easier it is to undergo cavitation. Whereas there is a diametric phenomenon for a constant fluid velocity. Moreover, the regression models were carried out to establish the mathematical relation between temperature and cavitation indexes.
Cui Dai;Siyuan Hu;Yuhang Zhang;Zeyu Chen;Liang Dong
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.4
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pp.1507-1517
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2023
Centrifugal pumps are a crucial part of nuclear power plants, and their dependable and safe operation is crucial to the security of the entire facility. Cavitation will cause the centrifugal pump to violently vibration with the large number of vacuoles generated, which not only affect the hydraulic performance of the centrifugal pump but also cause structural damage to the impeller, seriously affecting the operational safety of nuclear power plants. A closed cavitation test bench of a centrifugal pump is constructed, and a method for precisely identifying the cavitation state is proposed based on Complementary Ensemble Empirical Mode Decomposition (CEEMD) and Deep Residual Shrinkage Network (DRSN). First, we compared the cavitation sensitivity of pressure fluctuation, vibration, and liquid-borne noise and decomposed the liquid-borne noise by CEEMD to capture cavitation characteristics. The decomposition results are sent into a 12-layer deep residual shrinkage network (DRSN) for cavitation identification training. The results demonstrate that the liquid-borne noise signal is the most cavitation-sensitive signal, and the accuracy of CEEMD-DRSN to identify cavitation at different stages of centrifugal pumps arrives at 94.61%
This article presents the unique characteristics of cavitation, those are very high pressure and very high temperature even in a very short time. Such the high-pressure causes the destruction of material, which sometimes brings a severe problem to fluid machinery. However, if we look the cavitation from the different direction, such the high pressure can be used to various applications. The author presents two examples of the utilization of cavitation recently done at the Toyo University. Those are 'dispersion of spilled oil' and 'killing planktons'.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2004.03a
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pp.234-239
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2004
In the development of rocket turbo-pump, cavitation at the inducer is one of the major problems. Cryogenic fluids are commonly used for rocket propellant, therefore, thermodynamic effect becomes noticeable compared to conventional water cavitation. In the present study, a numerical simulation method for cryogenic cavitation is proposed, which reveals the difference between cryogenic and water cavitation.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2004.10a
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pp.126-131
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2004
A numerical code for cavitation is developed based on pressure-based algorithm. The k-\varepsilon$ model (with wall function) is used for turbulence, and volume transport equation is used for cavitation model. The compressibility is not considered for the flow field is low speed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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