Study on the Optimal Design for Cavitation Reduction in the Vortex Suction Cup for Underwater Climbing Robot

空化 涡流 抽吸 机械 流线、条纹线和路径线 材料科学 计算流体力学 流量(数学) 水下 机械工程 物理 海洋工程 声学 地质学 工程类 海洋学
作者
Yibing Zhao,Canjun Yang,Yanhu Chen,Jia Li,Siyue Liu,Guoyun Ye
出处
期刊:Journal of Marine Science and Engineering [MDPI AG]
卷期号:10 (1): 70-70 被引量:11
标识
DOI:10.3390/jmse10010070
摘要

In order to adhere to the wall stably in an underwater environment, a vortex suction cup that injects high-pressure water inside via two axisymmetrically side-distributed inlets to create a negative pressure area in the center is the necessary component for the underwater climbing robot (UCR). However, the suction force of this vortex suction cup is reduced and periodically unstable due to unstable cavitation. The aim of this paper is to propose a cavitation reduction optimization method for vortex suction cups and to verify the effectiveness of the optimization. Analyses of this vortex flow, including streamlines, pressure, and cavitation number fluctuations, were carried out by the introduced computational fluid dynamics (CFD) simulating methods based on the multiphase RNG k−ε model to study the periodic fluctuations of the suction force of the original suction cup and the optimized ones. Force measurement and vortex observation experiments were conducted to compare the suction force of the original vortex suction cup and the optimized suction cup, as well as the cavitation and pressure fluctuation phenomenon. Results of simulation and experiments prove the existence of the effect of vortex cavitation on the suction performance and verify the rationality of optimization as well.

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