การประมาณว่าการไหลผ่านวาล์วหรือ cavitates หัวฉีด

ความเข้าใจของฉันคือการเกิดโพรงอากาศเกิดขึ้นในการไหลของของเหลวเมื่อความดันสถิตลดลงต่ำกว่าความดันไอแม้กระทั่งเป็นระยะ ๆ ดังนั้นแม้ว่าความดันคงที่เฉลี่ยที่ใช้เวลา (สิ่งที่คุณอาจวัดได้) อยู่เหนือความดันไอความผันผวนของแรงดันจากความปั่นป่วนหรือความไม่มั่นคงอื่น ๆ อาจมีขนาดใหญ่พอที่จะทำให้เกิดการเกิดโพรง ดังนั้นการเปรียบเทียบความดันคงที่เฉลี่ยกับเวลากับความดันไอนั้นไม่เพียงพอ คุณต้องเพิ่มเบาะเสริมบางอย่างเพื่อพิจารณาความผันผวนของแรงดัน (นี่คือการตีความของฉันโดยไม่ต้องอ่านอย่างลึกซึ้งในเรื่องนี้)

ดังนั้นในหนังสือเว็บไซต์และบทความวารสารต่าง ๆ ฉันได้เห็นตัวเลขไร้มิติสองแบบเพื่อประเมินว่าการไหลผ่านวาล์วหรือโพรงอากาศหัวฉีด โดยทั่วไปจะเรียกว่าดัชนีคาวิเทชันหรือหมายเลขคาวิเทชัน พวกเขาใช้หนึ่งในสองรูปแบบ:

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

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

หรือ

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

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

โดยที่คือความดันขาเข้า, คือแรงดันทางออก, คือความดันไอ, คือความหนาแน่นของของเหลว, และคือลักษณะความเร็วของการไหล (พูด, ในกรณีหัวฉีด, ความเร็วที่ทางออก) ) ตัวเลขบางรูปแบบของจำนวนนี้เป็นค่าเบี่ยงเบนของตัวเลขด้านบน แต่สิ่งเหล่านี้ก็ไม่ได้แตกต่างกัน $p_\text{in}$ $p_\text{out}$ $p_\text{vapor}$ $\rho$ $V$

ความแตกต่างระหว่างพารามิเตอร์เหล่านี้คืออะไร? ขึ้นอยู่กับการอนุรักษ์พลังงานคุณสามารถเกี่ยวข้องกับความดันลดลงถึงอัตราการไหล แต่โดยทั่วไปจะมีค่าสัมประสิทธิ์เชิงประจักษ์เพิ่มเข้ามาในบัญชีสำหรับอุดมคติ มีอะไรอีกบ้างที่ฉันขาดหายไป?

เป็นรูปแบบหนึ่งที่ต้องการมากกว่าที่อื่น ๆ ? ดีที่สุดที่ฉันสามารถบอกได้ว่าจะใช้อย่างใดอย่างหนึ่งขึ้นอยู่กับประเภทของข้อมูลที่คุณมี (ดังนั้นสำหรับการไหลผ่านใบพัดกังหันรูปแบบความเร็วเป็นที่ต้องการ) แต่ฉันเห็นทั้งคู่สำหรับหัวฉีด

ฉันจะรับข้อมูลที่แม่นยำในการทำนายการเกิดคาวิเตชันตามตัวเลขเหล่านี้ได้ที่ไหน ฉันได้ลองใช้ข้อมูลบางอย่างในหัวฉีดน้ำจากบทความวารสารต่างๆ แต่โดยทั่วไปแล้วพวกเขาใช้หมายเลข cavitation ในรูปแบบที่แตกต่างกัน ข้อมูลบางส่วนชี้ให้เห็นว่าการไหลผ่านหัวฉีดจะทำให้เกิดความกดดันที่ฉันต้องการ แต่ข้อมูลอื่น ๆ สำหรับหัวฉีดที่คล้ายกันแสดงว่ามันจะไม่เกิดขึ้น ฉันไม่แน่ใจว่าแหล่งที่มาของความไม่สอดคล้องกันคืออะไร ความเข้าใจของฉันอาจจะผิดพลาดแบบจำลองหมายเลข cavitation อาจจะง่ายเกินไปข้อมูลอาจไม่ถูกต้อง ฯลฯ

mechanical-engineering fluid-dynamics multiphase-flow

— Ben Trettel
แหล่งที่มา

ความแตกต่างระหว่างสองสมการ

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

เป็นรูปแบบหนึ่งที่ต้องการมากกว่าที่อื่น ๆ ?

จากประสบการณ์ทั้งหมดของฉันที่ทำงานวิจัยคาวิเทชันมาหลายปีเรามักใช้สมการหลังที่คุณพูดถึง (แม้ว่าฉันจะทำงานในระบบไฮโดรฟิลและระบบขับเคลื่อน) เป็นส่วนใหญ่ เหตุผลก็คือเราสามารถได้รับการวัดความเร็วแบบไม่ล่วงล้ำที่แม่นยำยิ่งขึ้นโดยใช้Laser Doppler velocimetry (LDV)มากกว่าโดยใช้วิธีการล่วงล้ำ

ฉันจะรับข้อมูลที่แม่นยำในการทำนายการเกิดคาวิเตชันตามตัวเลขเหล่านี้ได้ที่ไหน

เป็นการยากที่จะใช้ข้อมูลจากการทดลองเพื่อทำนายหมายเลขของการเกิดโพรงอากาศเนื่องจากความแตกต่างของสิ่งต่าง ๆ เช่นความรุนแรงของความปั่นป่วนและเนื้อหาของนิวเคลียสของอากาศซึ่งยากที่จะจับคู่ในความเป็นจริงด้วยวิธีการทางห้องปฏิบัติการควบคุม ตามเนื้อผ้าในแวดวงของฉันทำได้โดยใช้รหัสการวิเคราะห์ CFD บางอย่างในการออกแบบของคุณ มีสองวิธีที่แตกต่างกันที่นี่: (1) คำนวณการไหลเฉลี่ยเฉลี่ยโดยใช้เทคนิค RANS หรือ LES และ (2) โดยใช้รหัสพลวัตฟองซึ่งจะจำลองแบบนิวเคลียสของอากาศ แต่ต้องใช้ flowfield (ทั้งจากการทดลองหรือ จากรุ่น CFD) หากคุณใช้แบบจำลอง RANS CFD ทั่วไปเพื่อคำนวณ flow-field มันควรจะให้ค่าสัมประสิทธิ์แรงดันซึ่งมีคำจำกัดความคล้ายกับหมายเลข cavitation:

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

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

หากคุณทำการคำนวณ CFD บนหัวฉีดของคุณคุณควรค้นหาตำแหน่งของความดันขั้นต่ำและนั่นคือสถานที่ที่ควรเกิดการเกิดโพรงอากาศ คุณสามารถสรุปหมายเลข cavitation จากค่าสัมประสิทธิ์แรงดันนี้เป็น:

σ = - C_{P}^{m i n}

$\sigma = -C_P^{min}$

$C_P^{min}$

หากคุณต้องการได้ตัวเลขที่แม่นยำยิ่งขึ้นคุณต้องพิจารณาว่าการเกิดโพรงอากาศต้องมีสามสิ่งที่จะเกิดขึ้นในเวลาเดียวกัน: (1) พื้นที่ความดันในท้องถิ่นซึ่งต่ำกว่าความดันไอของน้ำ (2) นิวเคลียสของอากาศ ซึ่งเข้าสู่บริเวณที่มีความดันต่ำและ (3) นิวเคลียสของอากาศจะต้องอยู่ในความดันต่ำเป็นเวลาที่มีนัยสำคัญพอที่ว่ามันจะเติบโตขึ้นอย่างรวดเร็วโดยทั่วไปกลายเป็นไม่เสถียรและทรุดตัวลง วิธีที่ผู้คนสามารถคาดการณ์ได้แม่นยำกว่านี้คือการใช้วิธีลากรองจ์ที่จำลองนิวเคลียสของการส่งอากาศผ่านชุดข้อมูล Eulerian CFD ผู้เชี่ยวชาญที่แท้จริงในสาขานี้คือผู้คนที่ Dynaflow-inc.com ฉันอาจแนะนำให้ดูที่กระดาษนี้:

Chahine, GL "นิวเคลียสมีผลต่อการเกิดโพรงอากาศและเสียงรบกวน", การประชุมวิชาการครั้งที่ 25 ของกองทัพเรืออุทกพลศาสตร์, เซนต์จอห์น, NL, แคนาดา, 8-13 ส.ค. , 2004 PDF ที่นี่

$p'$

— เวสสตรีท
แหล่งที่มา

นี่เป็นคำตอบที่ยอดเยี่ยม! คุณพูดถึงสิ่งต่าง ๆ ที่ฉันไม่รู้และช่วยฉันได้หลายครั้ง ขอบคุณ ฉันอาจโพสต์คำถามติดตามในอนาคตที่นี่ในเรื่องนี้

— Ben Trettel

แน่นอนไม่มีปัญหา. รู้สึกอิสระที่จะถามเพิ่มเติม ฉันใช้เวลาไม่กี่ปีในการสร้างแบบจำลอง cavitation และโดยเฉพาะอย่างยิ่งพยายามทำนายการเกิด cavitation แต่ฉันไม่ได้ทำงานในพื้นที่นั้นอีกต่อไป ดังนั้นฉันดีใจที่ผู้อื่นสามารถใช้ความรู้ หนึ่งในหนังสือคลาสสิกเกี่ยวกับเรื่องนี้อยู่ที่นี่: amazon.com/Cavitation-Bubble-Dynamics-Engineering-Science/dp/...

— เวสสตรีท