ХАРАКТЕРИСТИКИ ДРОСЕЛЬНИХ ГЕНЕРАТОРІВ КАВІТАЦІЇ ДЛЯ ЕРОЗІЙНИХ ВИПРОБУВАНЬ КОНСТРУКЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ
DOI:
https://doi.org/10.18372/0370-2197.1(110).20932Ключові слова:
гідравлічний привод, дросельний пристрій, кавітаційна ерозія, гідропривод, кавітаційні коливання тискуАнотація
Практичний інтерес для науковців і інженерів гідромашинобудування становить розроблення ефективних методів прискорених ерозійних випробувань конструкційних матеріалів в умовах, максимально наближених до реальних режимів гідродинамічної кавітації. У роботі досліджено характеристики дросельних гідродинамічних генераторів кавітаційних коливань тиску та їх придатність для проведення ерозійних випробувань конструкційних матеріалів.
Метою дослідження є встановлення ефективних режимів роботи дросельних генераторів кавітації, та оцінка впливу режимів роботи генераторів на інтенсивність і локалізацію кавітаційної ерозії.
Експериментальні дослідження виконано на гідравлічному стенді при тисках до 25 МПа з використанням дросельних пристроїв різних типів (циліндричний насадок, конфузорно-дифузорний насадок, насадок Борда, прямокутний канал, діафрагма). Як модельні матеріали застосовано сплави Д16АТВ та АМцМ, що характеризуються підвищеною чутливістю до кавітаційного руйнування. Вимірювання швидкозмінних кавітаційних коливань тиску здійснювались у широкому частотному діапазоні з одночасною оцінкою втрати маси зразків.
Встановлено, що дросельні генератори кавітації формують стохастичні кавітаційні коливання тиску з широкою смугою частот від сотень герц до десятків кілогерц, амплітуда яких співрозмірна з тиском живлення. Показано, що зі збільшенням безрозмірного протитиску розмах кавітаційних коливань зменшується, а енергетичні максимуми спектра зміщуються у високочастотну область, що пов’язано з домінуванням колапсу дрібних каверн. Визначено оптимальні відстані від дросельного генератора до поверхні зразка та режими роботи, за яких досягається максимальна інтенсивність кавітаційної ерозії. Показано, що циліндричні та конфузорно-дифузорні насадки забезпечують найефективніше перетворення енергії потоку в енергію кавітаційних коливань тиску.
Отримані результати підтверджують доцільність використання дросельних гідродинамічних генераторів кавітації для ерозійних випробувань конструкційних матеріалів і дозволяють наблизити лабораторні дослідження до реальних умов експлуатації елементів гідравлічних систем.
Посилання
ASTM International (2021). Standard Test Method for Cavitation Erosion Using Vibratory Apparatus (ASTM G32-16(2021)e1). West Conshohocken, PA: ASTM International, 20 p. https://store.astm.org/g0032-16r21e01
ASTM International Committee G02 (2021). Standard Test Method for Cavitation Erosion Using Vibratory Apparatus (ASTM G32-16(2021)e1). West Conshohocken, PA: ASTM International, 20 p.
Kuimov, D., Minkin, M., Yurov, A., Lukyanov, A. (2023). Current State of Research on the Mechanism of Cavitation Effects in the Treatment of Liquid Petroleum Products: Review and Proposals for Further Research. Fluids, 8(6), Article 172. https://doi.org/10.3390/fluids8060172
Hofmann, J., Thiébaut, C., Riondet, M., Lhuissier, P., Gaudion, S., Marc, F. (2024). Influence of Microstructure on Mass Loss Caused by Acoustic and Hydrodynamic Cavitation. Wear, Vol. 544–545, Article 205402, pp. 1–12.
Dular, M., Barragán Montalvo, G. E., Hočevar, M., Novak, L., Ohl, C. D., Petkovšek, M. (2024). Questioning the ASTM G32-16 (Stationary Specimen) Standard Cavitation Erosion Test. Ultrasonics Sonochemistry, Vol. 86, Article 106930, pp. 1–12.
Krastev, V., et al. (2017). Influence of Ultrasound Treatment on Cavitation Erosion Resistance of AlSi7 Alloy. Materials, 10(3), Article 256, pp. 1–11.
Cojocaru, V., Campian, V. C., Frunzaverde, D. (2018). A Comparative Analysis of the Methods Used for Testing Cavitation Erosion Resistance on Vibratory Devices. Advances in Materials Science, 18(2)(56), pp. 259–269.
Pei, S., Zhang, A.-M., Liu, C., Zhang, T., Han, R., Li, S. (2025). Influence of Ambient Temperature on Cavitation Bubble Dynamics. arXiv Preprint, May 2025, pp. 1–10.
Nagasawa, F., Fujiwara, A., Staelens, Y., Kato, C. (2023). Comparison of Acoustic and Hydrodynamic Cavitation: A Material Point of View. Physics of Fluids, 35(1), Article 017112. https://doi.org/10.1063/5.0128490
Chemat, F., Rombaut, N., Sicaire, A.-G., Meullemiestre, A., Fabiano-Tixier, A.-S., Abert-Vian, M. (2017). Ultrasound-Assisted Extraction of Food and Natural Products: Mechanisms, Techniques, Combinations, Protocols and Applications. Molecules, 22(3), Article 714. https://doi.org/10.3390/molecules22050714
Tarasenko, T. V., Badakh, V. M. (2023). Investigation of Cavitation Erosion of Structural Materials. Problems of Friction and Wear, 4(101), pp. 73–83. https://doi.org/10.18372/0370-2197.4(101).18081
Zhang, W., Xie, C., Fan, H., Liu, B. (2022). Influence of Hole Geometry on the Performance of a Rotational Hydrodynamic Cavitation Reactor. Frontiers in Energy Research, 10, Article 881811. https://doi.org/10.3389/fenrg.2022.881811
Blagojevic, M., Rak, G., Bizjan, B., Repinc, S. K. (2023). A Review on Rotary Generators of Hydrodynamic Cavitation for Wastewater Treatment and Enhancement of Anaerobic Digestion Processes. Processes, 11(2), Article 514. https://doi.org/10.3390/pr11020514
Tarasenko, T., Badakh, V., Makarenko, M., Lukianov, P., Dubkovetskiy, I. (2024). Determining the Mechanism for Generating Cavitation Pressure Fluctuations in Throttle Devices at High-Head Throttling of Liquid. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4(7(130)), pp. 21–31. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.309656
Zhang, J., Fu, J., Zhang, X., Zhang, T., Wang, Y. (2023). Cavitation Observation and Noise Characteristics in a Rectangular Throttling Groove Spool. Processes, 11(10), Article 2814. https://doi.org/10.3390/pr11102814
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Науковий журнал дотримується принципів відкритого доступу (Open Access) та забезпечує вільний, негайний і постійний доступ до всіх опублікованих матеріалів без фінансових, технічних або юридичних обмежень для читачів.
Усі статті публікуються у відкритому доступі відповідно до ліцензії Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0).
Авторські права
Автори, які публікують свої роботи в журналі ""Електроніка та системи управління":
-
зберігають за собою авторські права на свої публікації;
-
надають журналу право на перше опублікування статті;
-
погоджуються на поширення матеріалів за ліцензією CC BY 4.0;
-
мають право повторно використовувати, архівувати та поширювати свої роботи (у тому числі в інституційних та тематичних репозитаріях) за умови посилання на первинну публікацію в журналі.
