Superkavitace za překážkou v proudu pro využití v čištění vody

Abstract

Predložená diplomová práca sa zaoberá hydrodynamickou kavitáciou za prekážkou, ktorá by mohla byť v budúcnosti využitá v zariadení za účelom dočisťovania vody. V úvodnej časti je bližšie charakterizovaná kavitácia všobecne a špecifikovaný typ superkavitácie, ktorý je žiadané vyvolať za obtekanou prekážkou. V práci je okrajovo opísané zariadenie CaviPlasma, ktoré je aktuálne vyvíjané a jedná sa o prvý návrh na dočisťovanie vody v spojení nízkoteplotného plazmového výboja s hydrodynamickou kavitáciou. V ďalšej časti práce sú bližšie zobrazené výskumy, ktoré sa zaoberali tvarom telesa na kavitáciu, kde sa jednalo o neventilovanú kavitáciu, ktorá je predmetom tejto práce. Z uskutočneného rešeršu boli následne vybrané tvary telesa, ktoré boli porovnané pomocou softvéru Ansys FLUENT pomocou 2D axisymetrickej úlohy. Zo simulácií bol následne vybraný tvar telesa, ktorý sa javil ako najviac vyhovujúci. Bol zhotovený výpočet s užívateľom definovanou funkciou, ktorá upravuje turbulentnú viskozitu pre použitý model turbulencie. Následne je bližšie priblížená experimentálna trať, na ktorej bol úspešne testovaný vybraný tvar telesa a to pre navrhnutý priemer (40 mm), a ďalej aj pre jeden väčší (42 mm) a jeden menší priemer (38 mm). V ďalšej časti práce sú vyhodnotené namerané veličiny ako hydraulické, tak aj spracované záznamy zo snímača akustickej emisie a tlakového snímača. V závere sú porovnané výsledky experimentu a simulácie a následne popísané návrhy riešenia problémov, ktoré sa v práci vyskytli.

The presented thesis deals with hydrodynamic cavitation behind an obstacle, which, in the future, could be used for water purification. In the introductory part, cavitation is characterized in general and the desired type of supercavitation is specified. The CaviPlasma device is marginally described in the thesis. This device is currently under development and is the first proposal for water purification in conjunction with hydrodynamic cavitation. In the next part of the thesis, the research that dealt with the shape of the body for cavitation is shown in more detail, where it was considered that ventilated cavitation, is not the subject of this thesis. From the conducted research, several body shapes were chosen. These body shapes were then compared using Ansys FLUENT software set as a 2D axisymmetric problem, and the body shape that appeared to be the most suitable was selected. A calculation with a user-defined function that adjusts the turbulent viscosity for the applied turbulence model was also made. Subsequently, the experimental track on which the selected body shape was successfully tested for the proposed diameter (40 mm), one larger diameter (42 mm) and one smaller diameter (38 mm) is presented in more detail. In the next part of the paper, the measured values are processed to obtain hydraulic characteristics. Additionally, the signals from acoustic emission sensor and pressure sensor records are evaluated. Finally, the experimental and simulation results are compared and then suggestions for solving the problems encountered in the work that could be improved are described.