21780

21780

آشكارسازي پديده ي كاويتاسيون و انجام مطالعات تجربي در جريان همراه با گاز محلول

كارشناسي ارشد

تبديل انرژي - ديناميك سيالات

1396

1398/08/13

دكتر نوروزمحمد نوري

مكانيك

پديده ي كاويتاسيون يكي از پديده هاي مهم در جريان سيالات بوده و زماني اتفاق مي افتد كه فشار موضعي در سيال به نزديكي هاي فشار بخار سيال در آن دما افت پيدا كند. كاويتاسيون بر اساس نوع و محل شكل گيري به دسته بندي هاي مختلفي تقسيم مي شود، كه از اين ميان كاويتاسيون جزئي به دليل اهميت موضوعي بالا و رخداد بيشتر در صنايع واقعي از جايگاه مطالعاتي ويژه اي برخوردار است. در پژوهش حاضر، يك هيدروفويل در تونل كاويتاسيون به صورت تجربي تست و رخداد كاويتاسيون با استفاده از عكس برداري، آشكارسازي ديداري شده است. با بهره گيري از روش هاي پردازش تصوير، طول حباب ايجاد شده اطراف هيدروفويل به دست آمده و براي مطالعه ي دقيق تر رفتار كاويتاسيون و به علت رفتار ديناميكي كاويتاسيون جزئي، در هر زاويه تعداد دوازده عكس گرفته شده و با ميانگين گيري از اين دوازده عكس طول حفره ايجاد شده به ازاي شرايط جريان خاص تعيين گرديد. نوآوري اصلي انجام گرفته در اين پژوهش مطالعه ي رفتار حفره به هنگام افزايش و كاهش تدريجي زاويه ي حمله ي هيدروفويل مي باشد كه منجر به تعريف هيسترزيس با رويكردي نوين در ادبيات كاويتاسيون گرديد، كه به صورت اختلاف نسبت طول حفره به وتر هيدروفويل به هنگام افزايش و كاهش تدريجي زاويه ي حمله و به ازاي يك زاويه ي خاص تعريف مي شود. لازم به ذكر است پديده ي هيسترزيس با رويكرد جديد تعريف شده در اين پژوهش به صورت تجربي مشاهده و گزارش گرديد. براي نشان دادن تكرارپذيري نتايج، آزمايشات براي سه دبي مختلف انجام گرديده و در هر دبي سه سيكل رفت و برگشتي طي شد. به دليل تغييرات دما در طول آزمايش، عدد كاويتاسيون نيز به ازاي هر سيكل تغيير يافته و بنابراين در مجموع نتايج براي نه عدد كاويتاسيون مختلف آزمايش و گزارش شدند و نشان داده شد كه پديده ي هيسترزيس در تمامي‌اعداد كاويتاسيون اتفاق مي افتد. يكي ديگر از مطالعات انجام گرفته در پژوهش حاضر، مطالعه ي آماري كاويتاسيون جزئي شكل گرفته در اطراف هيدروفويل مي باشد. بدين ترتيب كه نشان داده شد كه تعداد كل 24 عكس گرفته شده براي هر زاويه و شرايط جرياني مشخص (12 عكس در افزايش و 12 عكس در كاهش)، در صورت قرارگيري در كنار هم از توزيع نرمال يا گوسي تبعيت مي كنند و تعداد 1296 داده ي به دست آمده از مجموع آزمايش ها براي توسعه ي شبكه ي عصبي مصنوعي و به كارگيري در روش سطح پاسخ، استفاده شدند كه توانستند طول حفره را به ترتيب با ضرايب رگرسيون 0.93 و 0.82 برآورد نمايند، كه دقت بالايي با توجه به رفتار ديناميكي حفره مي باشد.

1398/10/23

Cavitation phenomenon visualization and experimental studies in flow with dissolved gas

11/4/2019 12:00:00 AM

Cavitation phenomenon is one of the most important phenomena in fluid flow and occurs when the local pressure in the fluid drops near the vapor pressure of the fluid at that temperature. Cavitation is divided into different categories according to the type and location of formation, of which partial cavitation has a special place of study because of its high subject matter and higher occurrence in real industries. In the present study, a hydrofoil in the cavitation tunnel is experimentally tested and the cavitation event is visualized by photodetection. Using image processing techniques, the length of the cavity created around the hydrofoil was obtained, and for a more detailed study of cavitation behavior and due to the dynamic behavior of partial cavitation, twelve images were taken at each angle and by averaging the length of the cavity created was determined in each specific flow conditions. The main innovation in this study is the study of the cavity behavior when increasing and decreasing the hydrofoil's angle of attack which led to the definition of hysteresis with a new approach in cavitation literature, which is the difference between the cavity to chord length ratio in increase and decrease cycle for a particular angle. It should be noted that the hysteresis phenomenon was experimentally observed and reported with the new approach defined in this study. To show the reproducibility of the results, experiments were performed for three different mass flow rates and three cycles were run in each mass flow rate. Due to temperature changes during the experiment, the cavitation number was also changed per cycle, so the results were tested and reported for nine different cavitation numbers, and it was shown that the hysteresis phenomenon occurred in all cavitation numbers. Another innovation in the present work is the statistical study of the partial cavitation formed around the hydrofoil. It is shown that the total number of 24 images taken for each specific angle of attack and flow condition (12 images in increasing and 12 images in decreasing), respectively, follows the Normal or Gaussian distribution. 1296 data obtained from a series of experiments were used to develop the artificial neural network and to use in response surface methodology, which were able to estimate the cavity length with regression coefficients of 0.93 and 0.82, respectively. These amounts were highly accurate with respect to the dynamic behavior of the cavity.