Entwicklung von Methoden zur passiven Kavitationskontrolle basierend auf mesoskalischen Strukturen im maritimen und hydraulischen Kontext
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen dieses Vorhabens wurden Methoden zur passiven Kavitationskontrolle entwickelt, mit dem Ziel, unerwünschte Effekte wie Schwingungen im Zusammenhang mit schiffstechnischen Strukturen und hydraulischen Systemen zu verringern oder zu vermeiden. Zu diesem Zweck wurden verschiedene mesoskalige Oberflächenstrukturen wie Riblet- Strukturen, Rippen- und Rauheitsstrukturen verwendet, um die kavitierende Strömung um kreisförmige Zylinder und Tragflächen zu kontrollieren. Es wurden umfangreiche Experimente durchgeführt, um die Auswirkungen von Wandrauhigkeit und Riblet-Strukturen auf die Kavitationsdynamik, die Kavitationsinstabilität und die Turbulenzstrukturen in der Querströmung um und im Nachlauf eines Kreiszylinders und eines Tragflügels bei verschiedenen Kavitationsregimen und unterschiedlichen Reynoldszahlen zu untersuchen. Es wurden Hochgeschwindigkeitskameras zur Visualisierung der Kavitationsstruktur und eine Particle Image Velocimetry (PIV) Methode zur Messung der Geschwindigkeitsfelder eingesetzt. Darüber hinaus wurden die Kräfte gemessen, die auf den glatten Zylinder und auf die Zylinder mit unterschiedlichen mesoskaligen Oberflächenstrukturen wirken. Weiterhin wurden der Unterwasserschall mit einem Hydrophon gemessen. Schließlich wurde die Dynamik der kavitierenden Strömung um einen Tragflügel mit und ohne passive Kavitationskontrolle numerisch untersucht. Die numerischen Ergebnisse wurden mit den experimentellen Daten verglichen. Unsere Ergebnisse zeigen, dass die mesoskaligen Oberflächenstrukturen die Kavitation sehr effizient unterdrücken oder abschwächen. Die kavitationsbedingten Schwingungserregerkräfte, die auf die Zylinder und Tragflügel mit Riblet-Strukturen wirken, wurden im Vergleich zu den Fällen ohne Kavitationskontrolle deutlich reduziert. Darüber hinaus wurde bei den Tragflügeln mit Riblet-Strukturen eine erhebliche Verringerung des Kavitationsvolumens und des Schalldruckpegels im niedrigen und mittleren Frequenzbereich festgestellt. Die großflächigen Kavitationswolken konnten durch die Kavitationskontrolle gebrochen werden, wodurch die Kavitationsdynamik auf der Tragflügeloberfläche verändert und die instationäre Wolkenkavitation kontrolliert wurde.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Experimental study of the influence of mesoscale surface structuring on single bubble dynamics. Ocean Engineering, 260, 111892.
Kadivar, Ebrahim; el Moctar, Ould & Sagar, Hemant J.
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Experimental investigation of the effects of cavitation control on the dynamics of cavitating flows around a circular cylinder. Ocean Engineering, 286, 115634.
Kadivar, Ebrahim; Lin, Yuxing & el Moctar, Ould
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Experimental Study of the Cavitation Effects on Hydrodynamic Behavior of a Circular Cylinder at Different Cavitation Regimes. Fluids, 8(6), 162.
Lin, Yuxing; Kadivar, Ebrahim & el Moctar, Ould
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Cavitation suppression and transformation of turbulence structure in the cross flow around a circular cylinder: Surface morphology and wettability effects. Ultrasonics Sonochemistry, 106, 106875.
Yu. Nichik, Mikhail; Ilyushin, Boris B.; Kadivar, Ebrahim; el Moctar, Ould & Pervunin, Konstantin S.
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Experimental investigation of partial and cloud cavitation control on a hydrofoil using bio-inspired riblets. Physics of Fluids, 36(5).
Lin, Yuxing; Kadivar, Ebrahim; el Moctar, Ould & Schellin, Thomas E.
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Experiments on Cavitation Control around a Cylinder Using Biomimetic Riblets. Journal of Marine Science and Engineering, 12(2), 293.
Kadivar, Ebrahim; Dawoodian, Mazyar; Lin, Yuxing & el Moctar, Ould
