Kavitation

An der Versuchsanstalt Obernach werden in drei speziellen Versuchsständen Untersuchungen zu Hochgeschwindigkeitsströmungen und Kavitation durchgeführt. Im Mittelpunkt der aktuellen Forschungstätigkeiten stehen Grundlagenuntersuchungen zur Kavitationserosion. Hierzu wurden verschiedene Messmethoden zum Materialabtrag sowie zur mikroskopischen Materialeinwirkung (2D- und 3D-„Pit-Count“-Technik) entwickelt und in umfangreichen Versuchsreihen die Maßstabseffekte der Kavitationserosion für verschiedene Störkörperanordnungen und Größenverhältnisse untersucht.

Die ermittelten Beziehungen zwischen den Strömungsverhältnissen und dem resultierenden Erosionsgeschehen soll im nächsten Schritt durch die Weiterentwicklung eines bestehenden Erosionsmodells nachvollziehbar werden. Die transienten Kavitationswolken werden räumlich und zeitlich aufgelöst erfasst und Position und Dynamik in Zusammenhang mit der Materialschädigung gebracht. Der Ansatz stellt eine Prognose von Erosionsschäden an Anlagenteil anhand skalierter physikalischer Modellversuche oder numerischen Berechnungen der Zweiphasenströmung in Aussicht.

Teststrecke an einem Kavitationstunnel

Um ein fundiertes Verständnis der grundlegenden Schädigungsabläufe der Strömungskavitation zu erhalten und bei der Modellentwicklung mit einzubeziehen, sollen die Materialeinwirkungen durch ein neuartiges, Interferenz-basiertes Verfahren auf mikroskopischer Skala zeitaufgelöst erfasst werden.

Kavitationswolken an einem Störkörper (links) und resultierender Lochfraß an einer Zementsteinprobe (rechts)

Die Resultate der Grundlagenforschungen fließen teils auch in konkrete Aufgabenstellungen ein, beispielsweise die Maßstabseffekt der Kavitationserosion zur Kavitationsprognose.

Beispiele zur Kavitationsuntersuchung an Störkörpereinbauten in Tosbecken