Bir vanadan veya nozuldan akışın kavitasyon olup olmadığını tahmin etme

Anladığım kadarıyla, statik basınç buhar basıncının altına düştüğünde, aralıklı olarak bile olsa, kavitasyon bir sıvının akışında meydana gelir. Bu nedenle, zaman ortalamalı statik basınç (ölçebileceğiniz şey) buhar basıncının üzerinde olsa bile , türbülanstan veya diğer kararsızlıktan kaynaklanan basınç dalgalanmaları, yerel olarak kavitasyona neden olacak kadar büyük olabilir. Dolayısıyla, zaman ortalamalı statik basıncın buhar basıncına göre karşılaştırılması yeterli değildir; basınç dalgalanmalarını hesaba katmak için ekstra bir yastık eklemeniz gerekir. (Bu benim yorumum, bunu çok derinlemesine okumadım.)

Bu nedenle, çeşitli kitaplarda, web sitelerinde ve dergi makalelerinde, bir vanadan veya nozuldan geçen akışın kavitasyon olup olmadığını tahmin etmek için iki farklı boyutsuz sayı türü gördüm. Genellikle kavitasyon indeksi veya kavitasyon numarası olarak adlandırılır. İki formdan birini alırlar:

σ = \frac{p_{in} - p_{vapor}}{p_{in} - p_{out}}

$\sigma = \frac{p_\text{in} - p_\text{vapor}}{p_\text{in} - p_\text{out}}$

veya

σ = \frac{p_{in} - p_{vapor}}{\frac{1}{2} ρ V^{2}}

$\sigma = \frac{p_\text{in} - p_\text{vapor}}{\tfrac{1}{2} \rho V^2}$

$p_\text{in}$ $p_\text{out}$ $p_\text{vapor}$ $\rho$ $V$

Bu parametreler arasındaki fark nedir? Enerji tasarrufuna bağlı olarak, basınç düşüşünü akış hızıyla ilişkilendirebilirsiniz, ancak tipik olarak ideal olmayanları hesaba katmak için ampirik bir katsayı vardır. Özlediğim başka bir şey var mı?

Bir form diğerine tercih edilir mi? En iyisi birini veya diğerini kullanıp kullanamayacağınızı ne tür verileriniz olduğuna bağlı olarak söyleyebilirim (bir türbin kanadı üzerinden akış için, hız formu tercih edilir), ancak her ikisini de nozullar için bile gördüm.

Bu sayılara dayanarak kavitasyonu tahmin etmek için doğru verileri nereden alabilirim? Çeşitli dergi makalelerinden atomizer nozulları üzerinde bazı veriler kullanmayı denedim ama genellikle kavitasyon numarasının farklı formlarını kullanıyorlar. Bazı veriler, nozuldan geçen akışın istediğim basınçlarda kavga edeceğini, ancak benzer nozullara ilişkin diğer verilerin bunun olmayacağını göstermektedir. Tutarsızlığın kaynağının ne olduğundan emin değilim. Anlayışım hatalı olabilir, kavitasyon numarası modeli çok basit olabilir, veriler yanlış olabilir, vb.

mechanical-engineering fluid-dynamics multiphase-flow

— Ben Trettel
kaynak

İki denklem arasındaki fark

$V$ $V_{in}$ $p_{in}$

Bir form diğerine tercih edilir mi?

Uzun yıllardır kavitasyon araştırmalarında çalıştığım tüm deneyimlerimde, bahsettiğiniz ikinci denklemi neredeyse her zaman kullandık (her ne kadar çoğunlukla hidrofil ve tahrik sistemlerinde çalışıyordum). Bunun nedeni, Lazer Doppler hız ölçümü (LDV) kullanarak müdahaleci olmayan bir yöntem kullanmaktan daha doğru müdahaleci olmayan hız ölçümleri alabilmemizdir .

Bu sayılara dayalı kavitasyonu tahmin etmek için doğru verileri nereden alabilirim?

Kontrollü laboratuvar yöntemleri ile gerçekte eşleşmesi zor olan türbülans şiddeti ve hava çekirdeği içeriği gibi şeylerde farklılıklar nedeniyle kavitasyon sayısını tahmin etmek için deneysel veriler kullanmak zordur. Geleneksel olarak, çevrelerimde bu, tasarımınızda bazı CFD analiz kodları çalıştırılarak yapılır. Burada iki farklı yaklaşım vardır: (1) ortalama ortalama akışı bir RANS veya LES tekniği kullanarak hesaplamak ve (2) hava çekirdeklerini modelleyecek, ancak bir akış alanı gerektiren (deneysel ölçümlerden veya CFD modelinden). Akış alanını hesaplamak için tipik bir RANS CFD modeli kullanırsanız, kavitasyon numarasına çok benzer bir tanımlamaya sahip basınç katsayısını vermelidir:

C_{P} = \frac{P - P_{\infty}}{\frac{1}{2} V^{2}}

$C_P = \frac{P-P_\infty}{\frac{1}{2}V^2}$

Memenizde bir miktar CFD hesaplaması yapıyorsanız, minimum basıncın yerini bulmalısınız ve bu, kavitasyonun meydana geleceği yerdir. Kavitasyon numarasını bu basınç katsayısından şu şekilde çıkarabilirsiniz:

σ = - C_{P}^{m i n}

$\sigma = -C_P^{min}$

$C_P^{min}$

Daha doğru bir sayı elde etmek istiyorsanız, kavitasyon başlangıcının aynı anda üç şey olmasını gerektirir: (1) suyun buhar basıncının altında olan yerel bir basınç alanı, (2) bir hava çekirdeği bu düşük basınç bölgesine girer ve (3) hava çekirdekleri, temelde hızla büyüyecek, kararsız hale gelecek ve böylece çökecek kadar önemli bir süre için düşük basınçta olmalıdır. İnsanların bunu daha doğru bir şekilde tahmin edebilmelerinin yolu, Eulerian CFD veri kümesi yoluyla hava çekirdeği göndermeyi simüle eden bir Lagrange yöntemini kullanmaktır. Bu alandaki gerçek uzmanlardan bazıları Dynaflow-inc.com'daki kişilerdir. Bu makaleye göz atmanızı önerebilirim:

Chahine, GL "Kavitasyon Başlangıcı ve Gürültü Üzerinde Çekirdek Etkileri", 25. Deniz Hidrodinamiği Sempozyumu, St. John's, NL, Kanada, 8-13 Ağustos 2004. PDF here

$p'$

— Wes
kaynak

Bu harika bir cevap! Farkında olmadığım ve bana çok zaman kazandığım bazı şeyleri ele aldınız. Teşekkürler. İleride bu konuda bu konuda takip soruları gönderebilirim.

— Ben Trettel

Elbette, hiç sorun değil. Daha fazla soru sormaktan çekinmeyin. Birkaç yıl, kavitasyonu modelleme konusunda uzmanlaşmış ve özellikle kavitasyon başlangıcını tahmin etmeye çalıştım, ancak artık o alanda çalışmıyorum. Bu yüzden, başkalarının bilgiyi kullanabilmesinden memnunum. Konuyla ilgili klasik kitaplardan biri burada: amazon.com/Cavitation-Bubble-Dynamics-Engineering-Science/dp/…

— Wes