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Untersuchungen zur Rolle von 'fast jet' und Kollaps-Stoßwelle bei Kavitationserosion

Tag / Zeit: 17.08.2021, 15:40-16:00
Raum: Strauss 1
Typ: Regulärer Vortrag
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Zusammenfassung: Obwohl Kavitationsblasen seit über 100 Jahren untersucht werden, sind immer noch Fragen offen bezüglich der genauen Vorgänge bei der Erosion härtester Materialien. Vor Kurzem wurde gezeigt, dass bei einer einzelnen Kavitationsblase, die sehr dicht vor einer planaren, harten Grenzfläche aufschwingt und kollabiert, eine extrem schnelle Jetströmung ("fast jet") mit Spitzengeschwindigkeiten bis zu 1000 m/s in Richtung Oberfläche auftreten kann (Lechner et al. 2020, Koch et al. 2021). Dieser Flüssigkeitsstrahl mit wenigen Mikrometer Durchmesser erzeugt an der Wand einen hohen Staudruck. Nach numerischen Berechnungen erreicht dieser bei einer Blase mit 1 Millimeter Maximaldurchmesser etwa 250 MPa. Für die meisten Legierungen kann man jedoch eine Zugfestigkeit von etwa 500 bis 600 MPa annehmen, die bei kurzzeitiger Einwirkung, wie sie hier vorliegt, tendenziell noch höher liegt, so dass auch hier noch eine Lücke zum Staudruck des fast jet bliebe. Im Vortrag werden nun weitere Simulationsergebnisse gezeigt, die darauf hindeuten, dass die dem "fast jet" folgende Kollaps-Stoßwelle der dabei gebildeten Torusblase jedoch bis zu 4 GPa im Symmetriezentrum an der Wand erzeugt. Dies lässt vermuten, dass in der Tat die Stoßwelle eine maßgebliche Rolle bei der Erosion spielt.