Projekte Kavitation und Mehrphasenströmung
Entwicklung von Methoden zur passiven Kavitationskontrolle basierend auf mesoskalischen Strukturen im maritimen und hydraulischen Kontext
Daten
Bearbeiter:
Dr.-Ing. Ebrahim Kadivar
Betreuer:
Prof. Dr.-Ing. Bettar el Moctar
Förderung:
Projektinformationen
Das Ziel dieses Vorhabens besteht darin, Methoden zur passiven Kavitationskontrolle zu entwickeln. Dabei sollen schädliche Auswirkungen der Kavitation auf Hydroprofile im maritimen und hydraulischen Kontext gelindert bzw. vermieden werden. Hierzu werden verschiedene Oberflächen unter Verwendung mesoskaliger (in der Größenordnung von einem Millimeter oder weniger), regelmäßiger und unregelmäßiger Wandmuster untersucht. Die Experimente werden mittels zeitaufgelöster Hochgeschwindigkeits-Videoaufnahmen, PIV und hochfrequenten Druckmessungen für verschiedene Testobjekte, wie Modelle von Propellern und Hydroprofilen, in zwei verschiedenen Kavitationstunneln durchgeführt. Die Wechselwirkung turbulenter Strukturen mit der Schichtkavitation, dem Spitzenwirbel und der Wolkenkavitation in Abhängigkeit des Wandmusters und der Größe der mesoskaligen Strukturen werden detailliert untersucht. Weiterhin werden numerische Simulationen basierend auf PANS-Methoden durchgeführt, um noch mehr Details über den Einfluss der Wandstrukturierung auf die Entwicklung und Dynamik verschiedener Kavitationsarten zu analysieren. Die Ergebnisse dieses Projektes sollen als wichtige wissenschaftliche Grundlage für zukünftige Entwicklungen von Schiffspropulsionssystemen sowie hydraulischen Maschinen dienen, indem sie ihre Lebensdauer verlängern und ihre Effizienz steigern.
Experimentelle und numerische Untersuchung thermodynamischer Effekte auf die Dynamik von Kavitationsblasen
Daten
Bearbeiter:
Dr.-Ing. Ebrahim Kadivar
Betreuer:
Prof. Dr.-Ing. Bettar el Moctar
Förderung:
Kooperationspartner:
Dr. Thanh Hoang Phan, Prof. Warn-Gyu Park, School of Mechanical Engineering, Pusan National University, Pusan, South Korea.
Projektinformationen
Im Rahmen einer Kooperation zwischen der Universität Duisburg-Essen (UDE) und der Pusan National University (PNU) werden numerische und experimentelle Untersuchungen der thermodynamischen Effekte auf die Dynamik einzelner Kavitationsblasen durchgeführt. Zu diesem Zweck werden die quantitativen und qualitativen Parameter der Dynamik des Kollapses einzelner Blasen in Fluiden analysiert. Die Ergebnisse werden diskutiert und Vorschläge für künftige Arbeiten ausgearbeitet. Thermo- und hydrodynamische Mechanismen kollabierender Kavitationsblasen werden erforscht. Weiterhin werden Workshops für Forschende und Doktoranden*innen an der PNU und der UDE organisiert, um die Ergebnisse zu diskutieren. Gemeinsame Veröffentlichungen in hochrangigen internationalen Fachzeitschriften werden vorbereitet.
Einfluss der Umgebungstemperatur auf die Blasendynamik: Quelle Phan, T.H.,Kadivar, E., Nguyen, V.T., el Moctar, O., Park, W.G. (2022) Thermodynamic Effects on Single Cavitation Bubble Dynamics under Various Ambient Temperature Conditions Phys. of Fluids
Wechselwirkung zwischen kavitierenden Strömungen um Tragflügel und Strukturschwingungen
Daten
Bearbeiter:
Yuxin Lin (M.Sc.)
Betreuer:
Prof. Dr.-Ing. Bettar el Moctar
Förderung :
Projektinformationen
Kavitation ist in den meisten Fällen eine unerwünschte Erscheinung. Sie spielt in vielen technischen Bereichen eine wichtige Rolle. In der Schiffstechnik ist Kavitation durch ihre erosive Wirkung auf Ruder und Propeller (Schiffsanhänge) bekannt, z.B. infolge des Zerfalls von Kavitationsblasen direkt an der Wandoberfläche. Kavitation kann außerdem Vibrationen aufgrund von Druckschwankungen, sowie Wirkungsgradverluste und Geräuschabstrahlungen hervorrufen. Im Rahmen dieses Projektes wird die Wechselwirkung zwischen der kavitierenden Strömung um Tragflügel und den kavitationsinduzierten Strukturschwingungen experimentell untersucht. Hierbei werden starre und elastische Strukturen von Tragflügeln eingesetzt. Die Strukturschwingungen und das Geschwindigkeitsfeld werden mit optischen Verfahren mit hoher zeitlicher Auflösung gemessen. Weiterhin werden die Kräfte und Momente gemessen. Die Kavitationsstrukturen werden mit Hochgeschwindigkeitskameras erfasst.
Untersuchung des Phasenwechsels von Kavitationsnanoblasen
Daten
Bearbeiter:
Dr.-Ing. Mazyar Dawoodian
Betreuer:
Porf. Dr.-Ing. Bettar el Moctar
Förderung:
Projektinformationen
Im Rahmen dieses Projektes wird der Phasenwechsel von Kavitationsnanoblasen unter Berücksichtigung der Art und Verteilung von Keimen untersucht. Das Verständnis dieses physikalischen Phänomens auf molekularer Ebene ist von grundlegender Bedeutung für die Modellbildung. Hierzu verwenden wir Molekulardynamiksimulationen.
Molekulardynamische Untersuchung der Effekte von Keimen auf den Phasenwechsel.
Dynamik von Kavitationsblasen an der Grenzfläche von starren und elastischen Strukturen
Daten
Bearbeiterin:
Gohar Moloudichiyaneh (M.Sc.)
Betreuer:
Prof. Dr.-Ing. Bettar el Moctar
Förderung:
Projektinformationen
Kavitation spielt in vielen Bereichen eine wichtige Rolle. In den Ingenieurwissenschaften ist sie beispielsweise bekannt durch ihre erosive Wirkung infolge des Zerfalls von Kavitationsblasen im Bereich von Strukturoberflächen. Der Kollaps von Kavitationsblasen in der Nähe einer Struktur induziert Stoßwellen und sog. „Microjets“, die Strukturoberflächen beschädigen können. Die meisten Untersuchungen befassen sich mit dem freien Kollaps von Einzelblasen oder aber den Kollaps in der Nähe einer planaren starren Struktur. Ziel dieses Projekts ist die experimentelle und numerische Untersuchung der Blasendynamik an der Grenzfläche von starren und elastischen Strukturen.
Simulation einer kollabierenden Kavitationsblase.