Acoustic Characterization for Diagnostics of Cavitation

Il presente progetto (ACDC) è un progetto idroacustico multitasking con potenziali applicazioni immediate per la diagnostica delle macchine idrauliche rotanti, come pompe, turbine, nonché per le eliche delle navi. Il progetto è qui focalizzato sulle pompe per l'alta rilevanza dell'idroacustica nel controllo dei sistemi di pompaggio. Una pompa operante in una rete può lavorare lontano dal Punto di Massima Efficienza (BEP) e nuove diagnostiche sono necessarie per valutare se la pompa sta funzionando correttamente. Un tipico effetto delle condizioni fuori progetto è la cavitazione, che produce una significativa diminuzione delle prestazioni e dell'efficienza della pompa e un sostanziale aumento del rumore. La rilevazione dell'inizio della cavitazione è cruciale per prevenire condizioni di lavoro difficili per la macchina e può essere affrontata analizzando la produzione di rumore. Pertanto, l'obiettivo principale del presente progetto è la caratterizzazione del rumore da cavitazione in una fase precoce, da utilizzare per la valutazione della sostenibilità delle condizioni operative della pompa. ACDC sarà sviluppato come segue: 1) sviluppo di nuovi modelli matematici per la cavitazione nei liquidi e per l'acustica nei flussi interni; 2) Implementazione dei modelli dell'elemento 1 in strumenti open-source di dinamica dei fluidi computazionale (CFD) adatti per l'analisi del flusso nelle pompe e applicazione di metodi idroacustici computazionali per l'analisi dello spettro del rumore; 3) analisi di una vera pompa utilizzando i metodi computazionali sviluppati nel compito precedente; 4) configurazione di un modello diagnostico e progettazione di una scatola per il rumore per la rilevazione della cavitazione incipiente in una pompa. Il progetto sarà condotto da due Unità di Ricerca che hanno un'esperienza eccezionale, da un lato, nella modellazione matematica della cavitazione e della generazione e propagazione del rumore nei liquidi e, dall'altro lato, nel design industriale e nella qualificazione sperimentale di pompe e sistemi di pompaggio.

The present project (ACDC) is a multi-task hydro-acoustic project with immediate potential applications for diagnostics of rotating hydraulic machines, like pumps, turbines, as well as for ship propellers. The project is here focused on pumps for the high relevance of hydro-acoustics in the control of pumping systems. A pump operating in a network may work far from the Best Efficiency Point (BEP) and new diagnostics is necessary to evaluate whether the pump is properly working. A typical effect of off-design conditions is cavitation, which produces a significant decrease in the pump performance and efficiency and a substantial increase of noise. Detection of the inception of cavitation is crucial to prevent hard working conditions for the machine and it may be dealt with by analyzing the noise production. Hence, the main objective of the present project is the characterization of cavitation noise at an early stage, to be used for the evaluation of the sustainability of pump operating conditions. ACDC will be developed as follows: 1) development of novel mathematical models for cavitation in liquids and for acoustics in internal flows; 2) Implementation of models of item 1 in open-source computational fluid dynamics (CFD) tools suited for the analysis of the flow in pumps and application of computational hydroacoustic methods for the analysis of the noise spectrum; 3) analysis of a real pump using the computational methods developed in the previous task; 4) setup of a diagnostic model and design of a noise box for detection of incipient cavitation in a pump. The project will be carried out by two Research Units who have outstanding experience, from one side, in mathematical modeling of cavitation and noise generation and propagation in liquids and, by the other side, in industrial design and experimental qualification of pumps and pumping systems.