La cavitazione. L elica navale. Corso di Architettura Navale I - a. a. 2017/18 Prof. Salvatore Miranda

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1 La cavitazione L elica navale 1 2 V p p0 V0 1 2 V 0 2 1

2 La cavitazione V V0 p p0 2 VV0 p p0 1 2 V p p0 V0 1 2 V 0 V V0 p p 0 1 V 0 p p V

3 La cavitazione L elica navale Per fissati p 0 e V 0, il valore limite del rapporto 2 2 p0 1 2 V V0 V V dà pressioni nulle. Valori superiori comporterebbero pressioni negative da un punto di vista analitico, ma assenza di significato fisico. 3

4 La cavitazione L elica navale 2 2 p0 1 2 V V0 V V In queste condizioni, infatti, il flusso subisce profonde modificazioni fisiche: sono presenti nel fluido zone di cavità a seguito di fenomeni di distacco dal corpo e il flusso tende a seguire linee di corrente per recuperare le pressioni a valori fisicamente possibili. (Fenomeno della cavitazione in campo navale, di stallo in quello aeronautico). 4

5 La cavitazione L elica navale Le relazioni: 2 p p 0 V CP V0 V 0 2 p0 p V 1 C 2 12V0 V 0 definiscono il coefficiente di pressione C P e l indice di cavitazione P 5

6 La cavitazione L elica navale Distribuzioni di pressioni su un profilo: Esempi 6

7 La cavitazione Distribuzioni di pressioni su un profilo: Esempi L elica navale 7

8 La cavitazione L elica navale Distribuzioni di pressioni su un profilo: Esempi 8

9 La cavitazione L elica navale Per i liquidi il fenomeno si verifica già per pressioni minori o uguali a quella di vapore: p p v Al valore della pressione di vapore, si verifica l ebollizione a freddo del liquido con zone interessate dalla presenza contemporanea di fluido nelle fasi liquida e gassosa. 9

10 La cavitazione L elica navale La pressione p v è funzione della temperatura. Per l acqua distillata a 14 C, p v = 1.70 kn/m 2 ; Alla stessa temperatura, la presenza nell acqua di mare di aria, altri gas e impurità disciolte possono portar la p v a valori anche dieci volte maggiori (p v = 17.0 kn/m 2 ). Ne segue che, rispetto all acqua dolce, il mare può favorire il verificarsi della cavitazione. 10

11 La cavitazione L elica navale La pressione p v definisce i valori critici del coefficienti di pressione e dell indice di cavitazione: 2 pv p 0 V CP 1 MIN 2 12V0 V 0 2 p0 p v V C 1 C 2 12V0 V 0 P MIN 11

12 La cavitazione L elica navale Sulla superficie del corpo nei punti dove la pressione p è tale che: Non si ha cavitazione : p pv C o CP CP MIN Si ha cavitazione : p pv C o CP CP MIN 12

13 La cavitazione L elica navale Per i flussi con superficie libera, la pressione p 0 è la somma della pressione esterna p a (atmosferica) e di quella idrostatica (p 0 = h kp/m 2 ); I punti delle pale dell elica navale hanno posizioni periodicamente variabili nel tempo; La pressione p 0 dipenderà dalle posizioni del punto e della pala. 13

14 La cavitazione L elica navale Posta una generica pala in posizione verticale verso l alto, considerata la sezione cilindrica al raggio r, indicata con h l immersione dell asse, si definisce indice critico locale di cavitazione la quantità: C L p g hr p a 12V 2 R v Dove 2 2 R A 2 V V 2nr è la velocità relativa apparente 14

15 La cavitazione L elica navale Per verificare se le pale di un elica sono in cavitazione, esistono criteri locali e globali. I criteri locali consentono di calcolare la distribuzione di pressioni sui punti delle sezioni cilindriche, nota quella delle velocità ; I criteri globali consentono una verifica preliminare, ma non completa, della presenza di cavitazione. 15

16 La cavitazione : I criteri di verifica globali p ghp T/A a v P ; VR 12 VR R A 0.7 P E 0.7 V V 2 n r ; A A P / D 16

17 La cavitazione : I criteri di verifica globali 17

18 La cavitazione Cavitazione a lamina Vortici di estremità Orlo o lembo di entrata Cavitazione a nube Cavitazione a bolle Cavitazione alla radice Vortici del mozzo Orlo o lembo di uscita Cavitazione a lamina sulla faccia Vortici di estremità 18

19 La cavitazione: immagini sul modello Vortici del mozzo e delle estremità delle pale 19

20 La cavitazione Vortici del mozzo e delle estremità delle pale 20

21 La cavitazione: immagini sul modello Cavitazione a bolle sul dorso 21

22 La cavitazione Cavitazione a lamina sul dorso 22

23 La cavitazione Cavitazione a lamina sul dorso 23

24 La cavitazione Cavitazione a nube 24

25 La cavitazione: immagini dell elica al vero 25

26 La cavitazione: immagini dell elica al vero 26

27 La cavitazione: distribuzione delle pressioni 27

28 La cavitazione: distribuzione delle pressioni 28

29 La cavitazione: distribuzione delle pressioni 29

30 La cavitazione: distribuzione delle pressioni NACA 66 a =

31 La cavitazione: effetti 31

32 La cavitazione: effetti 32

33 La cavitazione: effetti L elica navale 33

34 La cavitazione: effetti L elica navale 34

35 La cavitazione: effetti 35

36 La cavitazione: effetti 36

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