Numerische Vorhersage von Kavitationserosion in Pumpen

Projektlaufzeit: 2019 - 2022
Fördergeber: AIF-IGF / Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbauer (VDMA)

Kavitation hat einen erheblichen Einfluss auf das Betriebsverhalten von Kreiselpumpen. Durch die kavitationsinduzierten Erosionsschäden wird die Lebensdauer wegen der mechanischen Schädigung drastisch limitiert. Die, durch eine Vielzahl an Studien untersuchten, Wirkzusammenhänge für das Entstehen von Erosionsschäden in Kreiselpumpen werden von Pumpenherstellen lediglich zur nachträglichen, qualitativen Erklärung bereits aufgetretener Erosionsschäden herangezogen oder dienen einer intuitiv optimierten Auslegung. Bislang existiert kein industrielles Berechnungswerkzeug, mit dem sich die bekannten Wirkzusammenhänge von Kavitationseffekten bereits in den frühen Stadien der Entwicklung von Pumpen berücksichtigen lassen.

Ziel des Vorhabens ist es, ein Tool in Form eines Rechenverfahrens zu entwickeln, welches bereits im Auslegungsprozess von Kreiselpumpen einbezogen werden kann. Dabei soll das Ergebnis eine kavitationserosionsbereinigte Pumpengeometrie sein, noch bevor der erste reale Prototyp gebaut wird. In dem Vorhaben soll die verwendete 3D-Strömungssimulationsmethode auf der frei verfügbaren Software OpenFOAM basieren und mit einem Erosionsmodell gekoppelt werden. Dabei steht die industrielle Umsetzbarkeit im Fokus. Dies bedeutet, dass das Verfahren mit akzeptablen Rechenzeiten zunächst valide Prognosen über erosionssensitive Wandzonen qualitativ treffen können soll. Als wesentliche Neuerung soll darüber hinaus zusätzlich der zeitliche Verlauf der Strömungsaggressivität in Form von quantitativen Inkubationszeiten und Abtragsraten durch das Verfahren vorhergesagt werden können.

Informationen zum Abschlussbericht

Ansprechpartner: Magnus Haese