Vzájemné účinky kavitace a elektromagnetického pole

Mutual effects of cavitation and electromagnetic field

conference paper

en

Two phenomena are investigated within this work using theoretical and experimental approach. • The frequency spectrum of cavitation bubbles degradation depending on the flow • The effect of cavitation intensity on the value of electromagnetic voltage These effects are examined in a cavitation tube made of organic glass. Glass gives the opportunity to use a high-speed camera for the observation of the growth and degradation of cavitation bubbles. The first part consists of the non-linear shape of the Rayleigh-Plesset equation and its solution for given parameters. These results are used for the analysis of the Lorentz force and the estimation of the electromagnetic stress, which is generated as a result of liquid particles motion, the magnitude and direction of magnetic induction. To study the erosive effect of the cavitation, the dependence of the frequency of the cavitation bubbles collapse on the flow through the cavitation tube was analyzed. It turned out that the sensitivity of the frequency on the flowrate is very significant and strongly decreases when reaching super-cavitation when the tube core is filled with water vapor. Another important phenomenon demonstrated by experiment is the strong dependence of electromotive stress on the cavitation intensity and the frequency spectrum of cavitation bubbles collapse. It appears that passing through the cavitation zone causes a sudden change of the electromotive stress. This allows the use of cavitation as an electricity micro source. The theoretical part focuses on the rationale of the described phenomena. The main results, however, are obtained by experimental approach. And these are: • The dependence of the collapse frequency of cavitation bubbles on the flow through the cavitation zone. The frequencies are within the order of kHz. • The dependence of the electromagnetic voltage outside and inside the cavitation zone on the cavitation intensity and the conductivity of the fluid.

V práci jsou teoreticko-experimentální cestou zkoumány dva jevy: • Frekvenční spektrum degradace kavitačních bublin v závislosti na průtoku • Účinek intenzity kavitace na velikost elektromagnetického napětí Tyto účinky jsou zkoumány na kavitační trubici vyrobené z organického skla, takže bylo umožněno využívat vysokorychlostní kamery k pozorování růstu a degradace kavitačních bublin. V první části práce je uveden nelineární tvar Rayleigh-Plessetovy rovnice a její řešení pro zadané parametry. Tyto výsledky jsou využívány k analýze Lorentzovy síly a odhadu elektromagnetického napětí, vznikajícího jako důsledek pohybu částic kapaliny, velikosti a směru magnetické indukce. Pro studium erozivního účinku kavitace byla analyzována frekvence kolapsu kavitačních bublin v závislosti na průtoku kavitační trubicí. Ukázalo se, že citlivost této frekvence na průtoku velmi významná a výrazně klesá při dosažení superkavitace, kdy je jádro kavitační trubice zaplněné vodní parou. Dalším významným jevem prokázaným experimentem je silná závislost elektromotorického napětí na intenzitě kavitace a frekvenčním spektru kolapsu kavitačních bublin. Ukazuje se, že při průchodu kavitační zónou dochází ke skokové změně elektromotorického napětí. To umožňuje využití kavitace jako mikrozdroje elektrické energie. Teoretická část je zaměřena na zdůvodnění uvedených jevů, hlavním výsledkem jsou však závislosti získané experimentální cestou. A to: • Závislost frekvence kolapsu kavitačních bublin na průtoku kavitační zónou. Frekvence jsou až řádu kHz. • Závislost elektromagnetického napětí mimo a uvnitř kavitační zóny na intenzitě kavitace a vodivosti kapaliny.

Two phenomena are investigated within this work using theoretical and experimental approach. • The frequency spectrum of cavitation bubbles degradation depending on the flow • The effect of cavitation intensity on the value of electromagnetic voltage These effects are examined in a cavitation tube made of organic glass. Glass gives the opportunity to use a high-speed camera for the observation of the growth and degradation of cavitation bubbles. The first part consists of the non-linear shape of the Rayleigh-Plesset equation and its solution for given parameters. These results are used for the analysis of the Lorentz force and the estimation of the electromagnetic stress, which is generated as a result of liquid particles motion, the magnitude and direction of magnetic induction. To study the erosive effect of the cavitation, the dependence of the frequency of the cavitation bubbles collapse on the flow through the cavitation tube was analyzed. It turned out that the sensitivity of the frequency on the flowrate is very significant and strongly decreases when reaching super-cavitation when the tube core is filled with water vapor. Another important phenomenon demonstrated by experiment is the strong dependence of electromotive stress on the cavitation intensity and the frequency spectrum of cavitation bubbles collapse. It appears that passing through the cavitation zone causes a sudden change of the electromotive stress. This allows the use of cavitation as an electricity micro source. The theoretical part focuses on the rationale of the described phenomena. The main results, however, are obtained by experimental approach. And these are: • The dependence of the collapse frequency of cavitation bubbles on the flow through the cavitation zone. The frequencies are within the order of kHz. • The dependence of the electromagnetic voltage outside and inside the cavitation zone on the cavitation intensity and the conductivity of the fluid.

elektromagnetické pole, kavitace, navier-Stokesovy rovnice, Rayleigh-Plessetovy rovnice, Maxwellovy rovnice

electromagnetic field, cavitation, Navier-Stokes equation, Rayleigh-Plesset equation, Maxwell's equations

2015

09.09.2015

Faculty of Technologies and Systems

Slovenia

978-961-6770-31-6

Cavitation and dynamic problems - IAHRWG 2015 - Proceedings

35–42

8