航空航天工业中的Flefd 3D CFD精度-节流喷嘴中的等温空化

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迈克克罗格尔特

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发布于1月4日,二千零一十八

在液体流动中可能出现的一个更有趣的现象是气蚀。气蚀是在低压区域(即液体压力降到其蒸汽压力以下)液体内形成蒸汽泡发生在液体加速到高速的地方,在离心泵的运行中,水轮机,以及船用螺旋桨。气蚀是不可取的,因为它可以对旋转叶片造成广泛的侵蚀,由此产生的敲击和振动产生的额外噪音,由于其产生的扭曲流动模式,效率显著降低。随着压力持续下降,空腔进一步扩大,减少了流量,直到它们达到更高的压力区域。在这一点上,空穴会坍塌。这些蒸汽空穴的突然增长和坍塌会导致极端压力,使暴露在空化液体中的金属表面凹陷。

在这个验证示例中,我们考虑了使用等温空化模型模拟工业液体流动中空化的FloEFD能力。本文所研究的问题通过参考文献1中实验研究的节流通道中的三维柴油流量验证了该模型。根据这项工作,在所考虑的流动中,热效应可以忽略不计。因此,采用等温空化模型是合理的。

节流通道几何结构及其主要尺寸如图1所示。

30°C的柴油在100 bar的压力(销)下供应至入口。出口压力(pout)在10至70 bar之间变化。分析燃料在给定温度下的特性如表1所示。

假设燃料中含有溶解空气。溶解空气的质量分数设为0.001,以符合实验数据。

计算的目的是获得空化条件下的通道特性,并与实验测量结果进行比较。因为节流通道有一个对称平面,只有一半的模型用于生成计算网格。一个更细的局部网格用于解决狭窄通道和相邻区域中的流动问题,在通道半高度上提供大约15个网格单元。在靠近小圆角RIN的区域进行额外的细化。得到的网格如图2所示。

图3显示了不同压降下蒸汽体积分数的分布。该图提供了空化区域的开始和发展的视图。

由FloEFD预测和实验测定的压降对质量流量的依赖关系如图4所示。计算和实验的区别
测量值小于5%。也,从图3和图4可以看出,临界空化点对应于大约70巴的压力降。这一点定义了由空化引起的压力相关质量流到阻塞质量流的过渡。

将Floefd计算结果与实验数据进行比较,结果表明,采用有限流体特性的等温空化模型,可以充分准确地预测空化流动特性。

如果要下载此验证的版本,请单击此处。

Floefd验证示例:节流喷嘴中的等温空化

参考文献
1。Winklhofere.Kulle.Kelze.Morozova.模型中的综合水力和流场文件-气蚀条件下的节流试验。ILASS欧洲会议记录,苏黎世第574-579页(2001年)。

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关于Mike Croegaert

迈克克罗格尔特迈克·克罗格特于1988年获得伊利诺伊大学航空航天工程学位。他在卡特彼勒做了5年的液压工程师。1994年,他加入CNH Global(前DMI),担任高级工程师,负责设计和仿真。然后他加入了Mentor图形公司,机械分析部门(原Flowmaster有限公司)作为应用和支持工程师,专攻一维CFD系统仿真在汽车上的应用,航空和发电市场。2004,Mike成为高级产品经理,负责监督Flowmaster产品线的开发和发布。他现在是机械分析部门军事和航空航天行业的行业垂直经理。

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