Турбулентни кавитационни потоци, Лаборатория за моделиране на енергийни процеси
Фигура: 1 Кавитационна стойка
Проблемите, свързани с кавитацията и кавитационната ерозия, са сред най-трудните основни проблеми на съвременната хидродинамика. Най-важните условия за безопасна и ефективна работа на хидроенергийните системи, както новосъздадени, така и вече работещи, са надеждността и дълготрайността на използваното оборудване. Като правило работата на реални енергийни генератори, като хидравлични турбини, е придружена от наличието на нестабилен турбулентен поток със сложна геометрия, който често е двуфазен. Увеличаването на експлоатационния живот, увеличаването на ефективността на хидравличните машини и най-важното, степента на тяхната безопасност, е невъзможно без изучаване на физичните механизми на хидродинамичните процеси, най-значимата роля, сред които едромащабни вихрови структури ( VCS) и кавитационна игра. Взаимодействието на CBC с диспергирана в пара фаза е сложен нелинеен процес, който има значителен ефект върху кавитационната ерозия на елементите на хидравличните агрегати и върху пулсационните характеристики на потока поради взаимното влияние на непрекъснатата фаза и частици от дисперсната фаза. Траекториите на частиците се влияят от локалната неравновесна турбулентност на течността (турбулентна дисперсия), докато движението на мехурчета има значителен ефект върху турбулентната структура на потока (модулация на турбулентността). Както знаете, появата на резонансни ефекти може да доведе до прекомерни вибрационни натоварвания и в резултат на това отказ на хидравлични агрегати или в най-лошия случай дори аварии и бедствия. Кавитационната ерозия от своя страна е един от механизмите на интензивно износване на работните колела на хидравличните турбини и помпеното оборудване, което значително намалява техния експлоатационен живот и увеличава производствените разходи или енергийната консумация. По правило определени области от задните страни на лопатките, втулките и джантите на работното колело са изложени на кавитационна ерозия, докато останалата част от повърхността остава непокътната. Това се дължи на решаващата роля на пространствената структура на двуфазния поток върху процеса на кавитационна ерозия. По този начин става очевидно, че едновременното изследване на динамиката на кавитационните кухини и CBC в нестабилни турбулентни потоци, реализирани в елементите на хидравличните възли, разпределенията на турбулентни характеристики, както и изследването на взаимодействието на CBCs, развиващи се в срязващите слоеве в течност с парогазовата фаза са изключително спешни проблеми от гледна точка на подобряване на дизайна на съвременното хидравлично оборудване.