THE INSTALLATION FOR THE RESEARCH OF CAVITATION PROCESSES IN COOLING SYSTEMS OF MARINE DIESEL ENGINES
Abstract
The article describes the design of the experimental installation that provides new data on cavitation-erosion failures in high-temperature cooling systems. Based on the analysis of domestic and foreign sources of scientific and technical information concerning the research of cavitation processes, technical objects where cavitation processes take place, factors that affect the intensity of cavitation-corrosion destruction, and methods that are used for cavitation research are identified. A modernized design of the laboratory unit is proposed. The main element of it is a high-frequency magnetostrictive vibrator. Due to the sealed experimental cavity, the unit allows the determining of the intensity of cavitation-erosion destruction at high liquid temperatures and pressure above atmospheric, which is typical for high-temperature cooling of marine diesels. The usage of the installation will allow getting the correct data about the resource of elements of high-temperature cooling systems for marine diesels.
References
Рождественский В.В. Кавитация / В.В. Рождественский. – Л.: Судостроение, 1977. – 247 с.
Готман А.Ш. К 200-летию со дня рождения Вильяма Фруда // Фундаментальная и прикладная гидрофизика . – 2011.– Т. 4, № 1. – С. 88-96.
https://doi.org/10.7868/s2073667319020138
Knapp R.T. Recent investigations of the mechanics of cavitation and cavitation damage // IEEE ASME, 75 (8) (1955), pp. 1045-1054.
Кнэпп Р., Дейли Дж., Хэммит Ф. Кавитация. М.: Мир. – 1974 .– 687 с.
Hammitt F.G. Observations on cavitation damage in a flowing system // Trans. ASME J. Basic Eng., 85 (1963), pp. 347-356
https://doi.org/10.1115/1.3656602
K. Endo, T. Okada, Y. Baba. Fundamental studies on cavitation erosion // Bull. JSME, 12 (52) (1969), pp. 729-737
https://doi.org/10.1299/jsme1958.12.729
Левковский Ю.Л. Структура кавитационных течений. Л.: Судостроение, 1978. –224 с.
Иванов А.Н. Гидродинамика развитых кавитационных течений / А.Н. Иванов. – Л. : Судостроение, 1980. – 237 с.
Запорожец Е.П. Гидромеханическая кавитация / Е.П. Запорожец, Г.П. Зиберт, Е.Е. Запорожец. – М.: ИРЦ Газпром.– 2003. – 129 с.
Kato H. A consideration on scaling laws of cavitation erosion // Int. Shipbuild. Prog., 22 (253) (1975), pp. 305–327
Георгиевская Е.П. Кавитационная эрозия гребных винтов и методы борьбы с ней / Е.П. Георгиевская. –Л.: Судостроение, 1978. –206 с.
Погодаев Л.И. Гидроабразивный и кавитационный износ судового оборудования / Л. И. Погодаев, П.А. Шевченко. – Л.: Судостроение, 1984. –264 с
Иванченко Н.Н. Кавитационные разрушения в дизелях / Н. Н Иванченко, А.А. Скуридин, М.Д. Никитин; ред. Н.Н. Иванченко. – Л.: Машиностроение, 1970. –152 с.
Горбаченко Е.О. Прогнозирование инкубационного периода кавитационного изнашивания лопастей гребных винтов с использованием метода измерения профиля поверхности / Е.О. Горбаченко, Ю.Н. Цветков / Вестник волжской государственной академии водного транспорта. – 2017. – №52. – С. 87–95.
Pereira F., Salvatore F., Felice F. Measurement and modelling of propeller cavitation in uniform inflow // J. Fluids Eng., 126 (2004), pp. 671-679.
https://doi.org/10.1115/1.1778716
Яковлев А.Ю., Коваль А.А. Новые исследования кавитации гребных винтов. // Судостроение. 2010. – № 2 (789). – С. 12–14.
Onur Usta, Emin Korkut. Prediction of cavitation development and cavitation erosion on hydrofoils and propellers by Detached Eddy Simulation // Ocean Engineering. – Volume 1911 November 2019.– Article 106512
https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2019.106512
Feng Cheng, Weixi Ji, Chenhao Qian, Xu. Jie. Cavitation bubbles dynamics and cavitation erosion in water jet // Results Phys, 9 (2018). – pp. 1585–1593
https://doi.org/10.1016/j.rinp.2018.05.002
Batuhan Aktas, Onur Usta, Mehmet Atlar. Systematic investigation of coating application methods and soft paint types to detect cavitation erosion on marine propellers // Applied Ocean Research Volume 94 January 2020 Article 101868
https://doi.org/10.1016/j.apor.2019.101868
Маслов Н.А. Анализ неисправностей пластинчатых гидромашин путевой техники, вызванных чрезмерным давлением, аэрацией гидравлического масла и кавитацией. // Вестник Сибирского государственного университета путей сообщения. 2016. – № 1 (36). – С. 5–15.
Степанов А.М. Щелевая кавитация в судовых осевых насосах / А.М. Степанов, А.Л. Федоров // Судостроение. – 2001. – № 3 (736). – С. 27–29.
Минеев А.В. Некоторые вопросы влияния кавитации при работе гидроприводов машиностроительной техники различного направления, изготовления и способов эксплуатации / А.В. Минеев, А.С. Каверзина, А.А. Тимко. // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. 2015. – № 10. – С. 36–37.
Каверзина А.С. Проблемы кавитации в гидроприводе самоходных машин и способы ее снижения / А.С. Каверзина, А.В. Минеев // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2015. – № 6. – С. 171–176.
Погодаев Л.И. Расчет долговечности цилиндровых втулок дизельных двигателей при вибрационной кавитации / Л.И. Погодаев, А.А. Кузьмин, Ю.К. Лопарев // В книге: Надежность судового оборудования. СПб., – 2015. – С. 44–56.
Валишин А.Г. Оценка ресурса цилиндровых втулок ДВС при вибрационной кавитации. // Двигателестроение. 2008. – № 1 (235). – С. 20–23.
Булдаков А.Г. Кавитация в насосах жидкостных ракетных двигателей / А.Г. Булдаков, Е.М. Краева // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. 2012. – Т. 1. № 8. – С. 47.
Maxwell Brunhart, Celia Soteriou, Christian Daveau, Manolis Gavaises, Mark Winterbourn. Cavitation erosion risk indicators for a thin gap within a diesel fuel pump // Wear. – Volumes 442–443, 15 February 2020. – Article 203024.
https://doi.org/10.1016/j.wear.2019.203024
Marco Cristofaro, Wilfried Edelbauer, Phoevos Koukouvinis, Manolis Gavaises. A numerical study on the effect of cavitation erosion in a diesel injector // Applied Mathematical Modelling. – Volume 78, February 2020.– Pages 200–216.
https://doi.org/10.1016/j.apm.2019.09.002
Абачараев И.М. Аналитический подход к расчету эксплуатационной стойкости материалов в условиях воздействия кавитации // В сб.: Фазовые переходы, критические и нелинейные явления в конденсированных средах. Сб. тр. международной конференции. Российская академия наук Дагестанский научный центр Институт физики; Дагестанский гос. ун-т. – 2005. – С. 208–211.
https://doi.org/10.22394/2079-1690-2019-1-2-247-254
Кукинова Г.В. Оценка интенсивности общего и местного гидроабразивного изнашивания с учетом кавитации // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. – 2007. – № 4-1 (52). – С. 164–167.
Тузов Л.В. Вибрация судовых ДВС / Л.В. Тузов, О.К. Безюков, О.В. Афанасьева. – СПБ.: Изд-во политехн. ун-та.– 2012.– 348 с.
Аюгин П.Н. Кавитация и ее влияние на эффективность работы системы охлаждения / П.Н. Аюгин, Н.П. Аюгин // В сб. Актуальные проблемы инженерно-технического обеспечения АПК. Материалы Международной научно-практической конференции. Курск: Изд-во Курской гос. сельскохоз. акад. им. проф. И.И. Иванова. – 2013. – С. 77–82.
W.H. Xian, D.G. Li, D.R. Chen. Investigation on ultrasonic cavitation erosion of TiMo and TiNb alloys in sulfuric acid solution // Ultrasonics Sonochemistry.– Volume 62, April 2020.– Article 104877
https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2019.104877
Haixia Liu, Jinhao Chen, Jie Sun, Can Kang. Influence of the concentration of NaHCO3 solution on cavitation erosion of copper alloy // Results in Physics. – Volume 13, June 2019.– Article 102145
https://doi.org/10.1016/j.rinp.2019.02.081
Q.N. Song, Y. Tong, N. Xu, S.Y. Sun, Y.X. Qiao. Synergistic effect between cavitation erosion and corrosion for various copper alloys in sulphide-containing 3.5% NaCl solutions // Wear.– Volumes 450–45115 June 2020. – Article 203258
https://doi.org/10.1016/j.wear.2020.203258
Enkang Hao, Xia Liu, Yulong An, Huidi Zhou, Fengyuan Yan. The coupling effect of immersion corrosion and cavitation erosion of NiCoCrAlYTa coatings in artificial seawater // Corrosion Science In press, corrected proof Available online 2 April 2020 Article 108635
https://doi.org/10.1016/j.corsci.2020.108635
Xiang Ding, Yan Huang, Chengqing Yuan, Zhangxiong Ding. Deposition and cavitation erosion behavior of multimodal WC-10Co4Cr coatings sprayed by HVOF // Surface and Coatings Technology Volume 39225 June 2020 Article 125757
https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2020.125757
Marija M. Vuksanović, Nataša Z. Tomić, Maja Gajić-Kvaščev, Veljko R. Djokić, Radmila Jančić Heinemann. The influence of alumina crystal structures on the morphology and surface erosion of PMMA composite materials exposed to cavitation testing // Wear Volumes 436–43715 October 2019 Article 203033
https://doi.org/10.1016/j.wear.2019.203033
Непомнящий В.А. Влияние физических свойств жидкости на возникновение и развитие кавитации в гидросистемах // Вестник Рыбинской государственной авиационной технологической академии им. П.А. Соловьева. 2010. № 1 (16). С. 33–38.
Il-Cho Park, Seong-Jong Kim. Effect of pH of the sulfuric acid bath on cavitation erosion behavior in natural seawater of electroless nickel plating coating // Applied Surface Science.– Volume 48331.– July 2019.– Pages 194–204.
https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2019.03.277
C.T. Kwok, F.T. Cheng, H.C. Man. Synergistic effect of cavitation erosion and corrosion of various engineering alloys in 3.5% NaCl solution // Mater Sci Eng, A, 290 (2000), pp. 145–154
https://doi.org/10.1016/s0921-5093(00)00899-6
Безюков О.К. Охлаждающие жидкости транспортных ДВС / О.К. Безюков, В.А. Жуков.– СПб.: СПГУВК, 2009. – 263 с.
Безюков О.К. Комплексная оптимизация параметров охлаждения судовых энергетических установок / О.К. Безюков, В.А. Жуков // Журнал университета водных коммуникаций. – 2012. – №1.– С. 51–61.
Markku Ylönen, Jean-Pierre Franc, Juha Miettinen, Pentti Saarenrinne, Marc Fivel. Shedding frequency in cavitation erosion evolution tracking // International Journal of Multiphase Flow.-Volume 118.– September 2019.– Pages 141–149.
https://doi.org/10.1016/j.ijmultiphaseflow.2019.06.009
Tengfei Cai, Yan Pan, Fei Ma Effects of nozzle lip geometry on the cavitation erosion characteristics of self-excited cavitating waterjet // Experimental Thermal and Fluid Science Volume 1171.– September 2020.– Article 110137
https://doi.org/10.1016/j.expthermflusci.2020.110137
Сосиков В.А. Особенности кавитации жидкостей вблизи температуры замерзания / В.А. Сосиков, А.В. Уткин // Деформация и разрушение материалов. 2008. № 3. С. 10–16.
Markus Hosbach, Romuald Skoda, Tobias Sander, Uwe Leuteritz, Michael Pfitzne. On the temperature influence on cavitation erosion in micro-channels // Experimental Thermal and Fluid Science In press, journal pre-proof Available online.– 11 April 2020.– Article 110140
https://doi.org/10.1016/j.expthermflusci.2020.110140
Исследование влияния температуры жидкости на активность кавитации / В.В. Шаплыко, А.В. Красовский, А.В. Котухов, Н.В. Дежкунов // В сб.: Современные тенденции развития науки и производства. Западно-Сибирский научный центр, Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева, Международный научно-образовательный центр КузГТУ-Arena Multimedia. – 2014. – С. 145.
https://doi.org/10.1134/s0044460x18120090
Li Zhen, Han Jiesheng, Lu Jinjun, Zhou Jiansong, Chen Jianmin. Vibratory cavitation erosion behavior of AISI304 stainless steel in water at elevated temperatures // Wear, 321 (2014), pp. 33–37
https://doi.org/10.1016/j.wear.2014.09.012
Безюков О.К. Выбор параметров охлаждения судовых дизелей / О.К. Безюков, В.А. Жуков, А.А. Пуляев // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. – 2018. – №2(48). – C. 379–389.
Tukker J., Kuiper G.. High-speed Video Observationsand Erosive Cavitation // 9th Symposium on Practical Design of Ships and Other Floating Structures, Germany, Lübeck, August 2004.
Jaekwon Jung, Seung-Jae Lee, Jae-Moon Han. Study on Correlation between Cavitation and Pressure Fluctuation Signal Using High-Speed Camera System // Proceedings of the 7th International Symposium on Cavitation CAV 2009, August 17-22 2009, Ann Arbor, Michigan, USA1CAV 2009 – Paper № 27.
Гусак А.Г. Исследование кавитации в свободновихревом насосе методом визуального наблюдения / А.Г. Гусак, А.И. Котенко, В.Ф. Герман // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. 2010. Т. 6. № 7 (48). С. 7-9.
Иваницкий Г.К. Численное моделирование динамики пузырькового кластера в процессах гидродинамической кавитации // Современная наука: исследования, идеи, результаты, технологии. 2011. № 2 (7). С. 52-58.
Гайнутдинова Д.Ф. Вычислительное моделирование области возникновения кавитации при вибрациях / Д.Ф. Гайнутдинова, В.Я. Модорский, А.В. Козлова // Научно-технический вестник Поволжья. 2014. № 6. С. 127-129.
Бубнов М. Изучение процессов кавитации и изнашивания рабочих колес гидромашин посредством решений ANSYS / М. Бубнов, Л. Тищенко, А. Ковалев // САПР и графика. – 2014. – № 9 (215). – С. 56-58.
Sedlar M., Soukal J., Kratky T., Vyroubal M. Численное прогнозирование кавитации в энергетических насосах // Теплоэнергетика. – 2015. – № 6. – С. 23.
https://doi.org/10.1134/s0040363615060089
Schreiner F., Paepenmöller S., Skoda R. 3D flow simulations and pressure measurements for the evaluation of cavitation dynamics and flow aggressiveness in ultrasonic erosion devices with varying gap widths // Ultrasonics Sonochemistry In press, journal pre-proof Available online 31 March.– 2020.– Article 105091.
https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2020.105091
Цветков Ю.Н. Прогнозирование кавитационной износостойкости хромовых электролитических покрытий по профилю изношенной поверхности / Ю.Н. Цветков, Е.О. Горбаченко, В.А. Голицын // Вестник машиностроения. – 2019. – № 4. – С. 79–86.
Цветков Ю.Н. Испытание сталей на кавитационное изнашивание с применением метода измерения профиля поверхности / Ю.Н. Цветков, Е.О. Горбаченко // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. – 2017. – Т. 83. – № 7. – С. 54–58.
Цветков Ю.Н. Применение метода измерения шероховатости при испытании материалов втулок цилиндров судовых дизелей на кавитационное изнашивание / Ю.Н. Цветков, Е.О. Горбаченко // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. – 2016. – Вып. 4 (38). – С. 131–137.
https://doi.org/10.21821/2309-5180-2016-8-4-131-137
Третьяков Д.В. Моделирование долговечности цилиндровых втулок двигателя внутреннего сгорания при вибрационной кавитации / Д.В. Третьяков, А.Г. Валишин, О.О. Матвеевский // Проблемы машиностроения и надежности машин. – 2008. – № 2. – С. 50–60.
https://doi.org/10.31857/s0235711920010137
Берестовицкий Э.Г. Вибрационный метод определения критериев кавитации / Э.Г. Берестовицкий, И.А. Сарафанов // Судостроение. – 2008. – № 4 (779). – С. 32–35.
Romero R., Teran L.A., Coronado J.J., Ladino J.A., Rodríguez S.A. Synergy between cavitation and solid particle erosion in an ultrasonic tribometer // Wear.– Volumes 428–429, 15 June 2019.– Pages 395-403
https://doi.org/10.1016/j.wear.2019.04.007
Fengjun Chen, Jianhua Du, Shanzi Zhou. Cavitation erosion behaviour of incoloy alloy 865 in NaCl solution using ultrasonic vibration // Journal of Alloys and Compounds.– Volume 83, 15 August 2020.– Article 154783
https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.154783
Churchill R.A. Low-heat rejection engine concept review / R. A. Churchill, J. E. Smith, N. N. Clarc, R. A. Turton // SAE Technical Paper Series. – 1989.– № 890153. – p. 25-36
https://doi.org/10.4271/880014
Franz W Koch. Cooling System Development and Optimization / Franz W Koch, Frank G. Haubner // SAE Technical Paper Series.– 2000.– 2000-01-283.– 15 pp.
https://doi.org/10.4271/2000-01-0283
Жуков В.А. Исследование теплогидравлической эффективности высокотемпературных систем охлаждения судовых дизелей / В.А. Жуков, В.Л. Ерофеев, А.А. Пуляев // Вестник государственного университета морского и речного флота им. адмирала С.О. Макарова. – 2020. – №1(59). – C. 107–114.
Разработка стенда для экспериментальных исследований кавитационно акустических явлений / С.С. Хмелёв, В.Н. Хмелёв, Р.Н. Голых, Ю.М. Кузовников // Научно-технический вестник Поволжья, 2015, №3, с. 231–234.
ASTM G32-16, Standard Test Method for Cavitation Erosion Using Vibratory Apparatus, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2016, www.astm.org).
Copyright (c) 2020 Russian Journal of Water Transport
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
