International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.13
no.1
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pp.566-574
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2021
The process of cavitation involves generation, growth, coalescence, and collapse of small bubbles and is tremendously influenced by bubble-bubble interactions. To understand these interactions, a new cavitation model based on the transport equation is proposed herein. The modified Rayleigh-Plesset equation is analyzed to determine the bubble growth rate by assuming equal-sized spherical bubble clouds. The source term in the transport equation is then derived according to the bubble growth rate with the bubble-bubble interaction. The proposed model is validated by various test simulations, including microscopic bubble cloud evolution as well as macroscopical two- and three-dimensional cavitating flows. Compared with previous models, namely the Kunz and Zwart cavitation models, the newly proposed model does not require adjustable parameters and generally results in better predictions both microscopic and macroscopical cases. This model is more physical.
A density based method with homogeneous cavitation model to investigate cavitation-bubble collapsing behavior is proposed and applied to bubble-shock interaction problems. By applying this method, cylindrical bubbles located in the liquid and incident liquid shock wave are computed. Bubble collapsing behavior, shock-bubble interaction and shock transmission/reflection pattern are investigated.
This paper presents a numerical study on tip vortex cavitation inception predictions based on non-spherical bubble dynamics including splitting and jet noise emission. A brief summary of the numerical method and its validation against a laboratory experiment are presented. The behavior of bubble nuclei is studied in a tip vortex flow field at two Reynolds numbers, provided by a viscous flow solver. The bubble behavior is simulated by an axisymmetric potential flow solver with the effect of surrounding viscous flow taken into account using one way coupling. The effects of bubble nucleus size and Reynolds number are studied. An effort to model the bubble splitting at lower cavitation numbers is also described.
In this study, in order to evaluate the yield of bubble by ultrasonic cavitation in HIFU sonication, the bubble image analysis was performed. The changing phenomenon of cavitation effect according to the sonication condition was discussed by analyzing the bubble image. Especially the appearance of bubble cloud, the size of micro-bubble, and the yield of bubble were considered. The 500 KHz and 1.1 MHz concave type ultrasonic transducers were used for HIFU sonication. Computer controlled digital camera was used to obtain the bubble image, and the binary image processing(binarization coefficient : 0.15) was performed to analyze them. In results of 500 KHz and 1.1 MHz transducer, the area of bubble cloud was increased in proportion to the rise in sonication intensity($R^2$ : 0.7031 and 0.811). The mean size of single microbubble was measured as 98.18 um in 500 KHz sonication, and 63.38 um in 1.1 MHz sonication. In addition, the amount of produced bubble was increased in proportion to sonication intensity. Through the result of this study and further study for variable image processing method, the quantitative evaluation of ultrasonic cavitation effects in HIFU operation could be possible with the linearity associated with the sonication conditions.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.2
no.2
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pp.165-171
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2009
We developed a 'multi-point vibration acceleration method' for accurately predicting the cavitation intensity in pumps. Pressure wave generated by cavitation bubble collapse propagates and causes pump vibration. We measured vibration accelerations at several points on a casing, suction and discharge pipes of centrifugal and mixed-flow pumps. The measured vibration accelerations scattered because the pressure wave damped differently between the bubble collapse location and each sensor. In a conventional method, experimental constants are proposed without evaluating pressure propagation paths, then, the scattered vibration accelerations cause the inaccurate cavitation intensity. In our method, we formulated damping rate, transmittance of the pressure wave, and energy conversion from the pressure wave to the vibration along assumed pressure propagation paths. In the formulation, we theoretically defined a 'pressure propagation coefficient,' which is a correlation coefficient between the vibration acceleration and the bubble collapse pressure. With the pressure propagation coefficient, we can predict the cavitation intensity without experimental constants as proposed in a conventional method. The prediction accuracy of cavitation intensity is improved based on a statistical analysis of the multi-point vibration accelerations. The predicted cavitation intensity was verified with the plastic deformation rate of an aluminum sheet in the cavitation erosion area of the impeller blade. The cavitation intensities were proportional to the measured plastic deformation rates for three kinds of pumps. This suggests that our method is effective for estimating the cavitation intensity in pumps. We can make a cavitation intensity map by conducting this method and varying the flow rate and the net positive suction head (NPSH). The map is useful for avoiding the operating conditions having high risk of cavitation erosion.
A numerical method for gas-liquid two-phase flow is applied to solve shock-bubble interaction problems. The present method employs a finite-difference Runge-Kutta method and Roe's flux difference splitting approximation with the MUSCL-TVD scheme. A homogeneous equilibrium cavitation model is used. By this method, a Riemann problem for shock tube was computed for validation. Then, shock-bubble interaction problems between cylindrical bubbles located in the liquid and incident liquid shock wave are computed.
A numerical method for gas-liquid two-phase flow is applied to solve shock-bubble interaction problems. The present method employs a finite-difference Runge-Kutta method and Roe's flux difference splitting approximation with the MUSCL-TVD scheme. A homogeneous equilibrium cavitation model is used. By this method, a Riemann problem for shock tube was computed for validation. Then, shock-bubble interaction problems between cylindrical bubbles located in the liquid and incident liquid shock wave are computed.
Jong-Woo Ahn;Kwan-Hyoung Kang;In-Haeng Song;Kyung-Youl Kim
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.37
no.4
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pp.40-47
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2000
The cavitation noise of a hydrofoil is measured in a cavitation tunnel. It is exhibited that the noise level sharply increases with the inception of cavitation and increase with the decrease of the cavitation number until a moderate cavitation number. Below the cavitation number, the trend is reversed, which may be resulted from the interference effect between cavities. The trajectory of bubble is predicted by using the Lagrangian method. Meanwhile the size of the bubble is predicted based on the Kirkwood-Bethe approximation. The predicted results for the bubble size are compared with the experimental results. It is shown that the numerical method predicts the time history of cavities fairly well.
Three design parameters were considered in this study: outlet nozzle angle (30°, 60°, 80°), neck length (1 mm, 3 mm), and flow rate (0.5, 0.6, 0.7, 0.8 lpm). A neck diameter of 0.5 mm induced cavitation flow at a venture nozzle. A secondary transparent chamber was connected after ejection to increase bubble duration and shape visibility. The bubble size was estimated using a Gaussian kernel function to identify bubbles in the acquired images. Data on bubble size were used to obtain Sauter's mean diameter and probability density function to obtain specific bubble state conditions. The degree of bubble generation according to the bubble size was compared for each design variable. The bubble diameter increased as the flow rate increased. The frequency of bubble generation was highest around 20 ㎛. With the same neck length, the smaller the CV number, the larger the average bubble diameter. It is possible to increase the generation frequency of smaller bubbles by the cavitation method by changing the magnification angle and length of the neck. However, if the flow rate is too large, the average bubble diameter tends to increase, so an appropriate flow rate should be selected.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.12
no.4
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pp.46-52
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1988
The cavitation inception in oil hydraulic pipeline was investigated experimentally and numerically. In the experiment, negative pressures below-1 MPa(absolute pressure) were measured, associated with the transient flows in oil hydraulic pipeline. These experimental results show that the common hydraulic oil in the experimental pipeline withstands large tensions. In order to interpret the experimental results on cavitation inception, the growth of a spherical bubble in viscous compressible fluid due to a stepwise pressure drop was investigated by numerical analysis, and the critical bubble radius was obtained. The calculated value of the critical bubble radius corresponding to the negative pressure measured in the experiment is so small that the premised conditions about the bubble shape in the analysis is unsatisfactory. The physical significance of this calculated result implies the fact that there hardly exist free bubbles which can act as cavitation nuclei in the experimental pipeline.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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