5.2 Dampfblasenbetrachtungen

Wie schon vorher in den Grundlagen zur Kavitationsproblematik beschrieben, entstehen Dampfblasen um in geförderten Flüssigkeiten praktisch immer vorhandenen Kavitationskeimen, wenn in Strömungsrichtung der statische Druck den Dampfdruck der Flüssigkeit erreicht oder unterschreitet. Die Blase wächst dabei nach Bohl/Elmendorf: Strömungsmaschinen I und II, Vogel Buchverlag Würzburg abhängig von der Dauer der Blasenwachstumsphase, wobei diese Wachstumsphase wiederum abhängt von der Flüssigkeitsträgheit, vom Wärmetransport und von der Oberflächenspannung. Die Dampfblase kollabiert, wenn das maximale Blasenvolumen erreicht ist in Bereichen höheren Absolutdruckes.

Im Falle einer Kreiselpumpe ist zu erwarten, dass die Kavitationsblasenbildung im Bereich der Zuströmung unmittelbar an den rotierenden Radschaufeln beginnt und die Implosion der Dampfblasen in Gebieten der Druckerhöhung innerhalb des Schaufelkanals oder im bzw. kurz nach dem Spiralkanal erfolgt.

Bei einer implodierenden Blase ergeben sich sehr hohe Druckspitzen. Bei Blasenimplosion wird in zwei Formen  unterschieden: in Blasenimplosion in freier Strömung (kugelsymmetrischer Kollaps) und Blasenimplosion in Wandnähe (asymmetrischer Kollaps), die graphischen Darstellungen dazu können Bohl/Elmendorf: Strömungsmaschinen I und II, Vogel Buchverlag Würzburg  und Pfleiderer, C., Petermann, H.: Strömungsmaschinen, 6. Auflage, Springer-Verlag, Berlin 1991 entnommen werden.

Die Dampfblasen implodieren unter einer asymmetrischen Deformation, die einen gerichteten Micro-Jet, ein materialerodierender Wasserstrahl sehr hoher Impulsdrücke einiger tausend Bar, hervorrufen.
Nach Bohl/Elmendorf und anderen Quellen wird dargestellt, dass bei höheren Flüssigkeitstemperaturen ein reduziertes Blasenwachstum, niedrigere Implosionsgeschwindigkeiten und kleinere Implosionsdrücke auftreten. Dies wird mit thermodynamischen Effekten bei höheren Temperaturen erklärt. Bei höheren Temperaturen werden tendenziell kleinere Kavitationswerte ermittelt als bei niedrigen Temperaturen.
Damit ist der Kavitationswert nur in engen Grenzen oder nicht temperatur- und ggf. auch nicht zusammensetzungsunabhängig (Zusammensetzung z.B. bei unterschiedlichen Frostschutzanteilen). Vereinfacht gesagt unterscheidet sich die Blasendynamik und Blasenthermodynamik bei unterschiedlichen Temperaturen. So bilden sich nach Bohl/Elmendorf bei niedrigen Temperaturen größere Dampfvolumina bei Kavitation als bei höheren Temperaturen. Diese größeren Dampfvolumina versperren die Strömung in Strömungsrichtung stärker als bei höheren Temperaturen.

Auf diese Problematiken wird in dem Kapitel 5.6 ‚Kriterien zur Beeinflussung der Kavitationswerte‘ näher eingegangen.

 

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