Analisi dell’influenza degli effetti termici sulla formazione di flussi cavitanti in ugelli

Nel presente lavoro sono analizzati gli effetti termici e di nucleazione sulla formazione della cavitazione nei flussi interni. In particolare sono esposti i risultati di una campagna sperimentale in ugelli, condotta utilizzando come fluido operativo l’acqua a diverse temperature e l’azoto, in diverse condizioni operative. Nelle osservazioni sperimentali, si riscontrano differenze significative tra la cavitazione dell’acqua e quella dei fluidi criogenici: la prima è caratterizzata da una maggiore trasparenza e intensità, mentre la seconda, in condizioni simili, pari numero di cavitazione, assume un carattere schiumoso e un’intensità minore. Una causa di tale differenza è data dalla forte variazione delle caratteristiche fisiche dei fluidi criogenici al variare della temperatura. La variazione di temperatura causa un incremento nel numero di cavitazione riducendo conseguentemente l’intensità della cavitazione. Sebbene esistano delle evidenti differenze, i modelli di cavitazione, comunemente utilizzati, prevedono delle assunzioni, che se pur valide per l’acqua, non sono applicabili nel caso di fluidi criogenici. Molti modelli numerici, infatti assumono l’ipotesi di flusso isotermo o scambi energetici trascurabili, che nel caso dell’acqua, si rivela una assunzione accettabile, ciò non si può assumere anche per i fluidi criogenici, per quanto detto in precedenza. Un’ulteriore semplificazione che normalmente è considerata nella modellazione della cavitazione in acqua a temperatura ambiente, e non valida nel caso dei fluidi criogenici a temperature vicine a quella critica, è data dall’assunzione di un numero di nuclei di cavitazione costante nel fluido. Per chiarire maggiormente l’influenza degli effetti termici e della nucleazione in presenza di flussi cavitanti, è stato sviluppato un modello quasi-monodimensionale, nel quale la dinamica della bolla è modellata attraverso l’equazione di Raylegh-Plesset, modificata al fine di considerare tali effetti.