Durante le prove di caratterizzazione in regime cavitante , sono state realizzate una serie di fotografie e filmati digitali sfruttando l’accesso ottico fornito dal Plexiglas questa volta montato senza i trasduttori di pressione . Esse hanno lo scopo di documentare lo sviluppo della cavitazione nell’induttore in esame e pertanto sono state realizzate per ognuno dei sei coefficienti di flusso provati. Assegnato un certo valore di Φ, venivano poi imposti precisi valori della pressione in ingresso ( e di conseguenza di σ), come si faceva per le prove discrete , e si eseguivano quindi fotografie e filmati digitali in tali condizioni di prova. Il risultato di tale campagna fotografica è riassunto nei seguenti grafici per ciascuno dei sei coefficienti di flusso provati, dove le foto descrivono le diverse fasi dello sviluppo della cavitazione.
Figura 6-34 Curva di prestazione in regime cavitante dell’induttore DAPROT3 per Φ=0.0455 con fotografie dell’induttore nelle condizioni discrete evidenziate dalle frecce
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Figura 6-35 Curva di prestazione in regime cavitante dell’induttore DAPROT3 per Φ=0.052 con fotografie dell’induttore nelle condizioni discrete evidenziate dalle frecce
Figura 6-36 Curva di prestazione in regime cavitante dell’induttore DAPROT3 per Φ=0.0585 con fotografie dell’induttore nelle condizioni discrete evidenziate dalle frecce
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Figura 6-37 Curva di prestazione in regime cavitante dell’induttore DAPROT3 per Φ=0.065 con fotografie dell’induttore nelle condizioni discrete evidenziate dalle frecce
Figura 6-38 Curva di prestazione in regime cavitante dell’induttore DAPROT3 per Φ=0.0715 con fotografie dell’induttore nelle condizioni discrete evidenziate dalle frecce
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Figura 6-39 Curva di prestazione in regime cavitante dell’induttore DAPROT3 per Φ=0.078 con fotografie dell’induttore nelle condizioni discrete evidenziate dalle frecce
Le figura precedenti mettono in luce il differente comportamento mostrato dalla cavitazione in corrispondenza delle diverse portate. Alle portate più basse e per i numeri di cavitazione più bassi (figura 6.35) il flusso risulta caratterizzato dalla cavitazione cosiddetta di “backflow”: essa è caratterizzata dal flusso di ritorno ,che si manifesta drammaticamente in corrispondenza delle basse portate, il quale tende a riportare verso monte le bolle di vapore generatesi sulle pale. Il flusso di “backflow” può essere individuato mediante il monitoraggio della pressione in ingresso all’induttore nel frangente in cui si passa dalle condizioni di motore fermo a quello di motore in moto. In condizioni di portate elevate si verifica una forte riduzione della pressione statica in ingresso rispetto al caso di motore fermo e tale riduzione sarà tanto più elevata quanto maggiore sarà la velocità del flusso in ingresso alla pompa; tale riduzione è dovuta alle perdite dinamiche di pressione nei vari tratti del condotto che sono proporzionali al quadrato della velocità del flusso il quale è a sua volta legato, mediante i triangoli della velocità, alla velocità di rotazione dell’induttore. Al contrario in condizioni di basse portate la pressione in ingresso tende ad aumentare e questo può essere ricondotto all’effetto di pompaggio del flusso di backflow il quale trasporta con se la rotazionalità conferitagli dall’induttore ed il conseguente effetto centrifugo che porta i trasduttori sulla sezione di ingresso a leggere pressioni maggiori.
Dalle figure precedenti si può quindi dedurre che per i coefficienti di flusso più bassi la cavitazione tende a svilupparsi in modo rapido dopo essere comparsa mentre, in corrispondenza dei coefficienti di flusso più alti essa abbia un carattere più ordinato e gli effetti del flusso di “backflow” (limitati rispetti al caso di bassi) sono visibili solo in coda al vortice che si distacca dalle pale; le zone in cui si incontrano tale vortice ed il flusso di ritorno sono interessate da un mescolamento turbolento e dalla inevitabile distruzione della struttura coerente del vortice stesso.
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Ciò che si evidenzia alle portate elevate è una cavitazione diretta principalmente verso le pale che è facilmente individuabile mediante un analisi acustica a causa del rumore di “scoppiettio” secco e frequente che la accompagna.
Dalle precedenti figure si può inoltre ricavare un’ accurata descrizione dell’evoluzione della cavitazione al diminuire del per un assegnato coefficiente di flusso . Dalla figura 6-38 relativa al coefficiente di flusso di disegno si osserva che già per pari a 0.39 si è formato il vortice in corrispondenza del raggio di estremità della pala (“tip”) dove essa è stata raccordata ed è maggiormente caricata. Questo vortice incontra poi il flusso di “backflow” viene stirato e sfilacciato e forma un sottile strato esterno (“cloud cavitation”) che avvolge l’induttore. Man mano poi che il diminuisce il vortice tende ad estendersi in direzione radiale ed a destabilizzarsi pur rimanendo attaccato. In queste condizioni la cavitazione occupa tutto il condotto centrale dell’induttore il quale incorre nelle condizioni di “breakdown” con il conseguente degrado delle prestazioni. Nella seguente figura si riporta in sintesi i vari stadi di sviluppo della cavitazione nelle varie condizioni di pressione e di flusso.
Figura 6-40 Stadi della cavitazione per tutti i coefficienti di flusso provati e per valori di pressione simili per tutte le prove.
Low Cav. Mid Cav. High Cav.
0.078 0.0715 0.065 0.0585 0.052 0.0455 =0.180 =0.178 =0.173 =0.179 =0.176 =0.177 =0.111 =0.109 =0.109 =0.113 =0.113 =0.109 =0.077 =0.074 =0.076 =0.079 =0.077 =0.083
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Analizzando inoltre le figure precedenti si può osservare che la cavitazione che si sviluppa nell’induttore è asimmetrica; uno dei tre canali è infatti maggiormente interessato dalla cavitazione rispetto agli altri due. Tale fenomeno è chiarito dal seguente insieme di istantanee che riportano lo stato della cavitazione sull’induttore per =0.0455 e per =0.083.
Figura 6-41 Istantanee dell’induttore DAPROT3 per =0.0455 e =0.083 che mostrano, da sinistra a destra l’andamento asimmetrico della cavitazione
L’asimmetria della cavitazione compare per tutti i valori del coefficiente di flusso ed è con tutta probabilità riconducibile alle inevitabili imperfezioni costruttive delle pale. Tipicamente la pala maggiormente interessata dalla cavitazione è quella che a causa della sua geometria vede concentrarsi su di essa condizioni depressive più intense di quelle delle altre due pale.