Оцінка того, чи просочується потік через клапан або сопло

Я розумію, що кавітація виникає в потоці рідини, коли статичний тиск опускається нижче тиску пари навіть з перервами. Тож навіть якщо статичний тиск у середньому за часом (що ви могли б виміряти) вище тиску пари, коливання тиску від турбулентності чи іншої нестабільності можуть бути досить великими, щоб викликати локальну кавітацію. Тому порівняння середнього за часом статичного тиску з тиском пари недостатньо; вам потрібно додати трохи додаткової подушки, щоб врахувати коливання тиску. (Це моя інтерпретація, не надто глибоко читаючи це.)

Так, у різних книгах, веб-сайтах та статтях у журналах я бачив два різні типи безрозмірних чисел для оцінки того, чи протікає через клапан чи сопло. Вони, як правило, називаються індексом кавітації або номером кавітації. Вони приймають одну з двох форм:

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

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

або

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

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

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

Яка різниця між цими параметрами? Виходячи з енергозбереження, ви можете пов'язати падіння тиску з витратою, але зазвичай для додавання неідеалізмів додається емпіричний коефіцієнт. Чи є щось інше, чого я сумую?

Чи одна форма віддається перевазі іншій? Найкраще я можу сказати, чи використовувати те чи інше, залежить від того, який тип даних у вас є (так, для потоку по лопаті турбіни краща форма швидкості), але я бачив і те, і інше.

Де я можу отримати точні дані для прогнозування кавітації на основі цих чисел? Я намагався використовувати деякі дані про форсунки форсунки з різних статей журналу, але зазвичай вони використовують різні форми кавітаційного номера. Деякі дані дозволяють припустити, що потік через насадку буде стискатись під тиском, який я хочу, але інші дані для подібних форсунок говорять, що цього не буде. Я не впевнений, у чому джерело невідповідності. Моє розуміння може бути помилковим, модель кавітаційного номера може бути надто спрощеною, дані можуть бути неточними тощо.

mechanical-engineering fluid-dynamics multiphase-flow

— Бен Треттел
джерело

Різниця між двома рівняннями

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

Чи одна форма віддається перевазі іншій?

Ввесь мій досвід роботи в галузі кавітаційних досліджень протягом багатьох років ми майже завжди використовували останнє рівняння, яке ви згадали (хоча я в основному працював у гідровушках та в системах приводу в рух). Причина полягає в тому, що ми могли б отримати більш точні неінтрузивні вимірювання швидкості за допомогою лазерної доплерівської швидкості (LDV), ніж за допомогою нав'язливого методу.

Де я можу отримати точні дані для прогнозування кавітації на основі цих чисел?

Важко використовувати експериментальні дані для прогнозування кількості кавітації через різниці в таких речах, як інтенсивність турбулентності та вміст ядер у повітрі, які важко співставити в реальності з контрольованими лабораторними методами. Традиційно в моїх колах це робиться шляхом запуску деяких кодів аналізу CFD на вашому дизайні. Тут є два різних підходи: (1) обчислити середній середній потік за допомогою методу RANS або LES та (2) з використанням коду динаміки міхура, який змоделює повітряні ядра, але вимагає потокового поля (або від експериментальних заходів, або від від моделі CFD). Якщо ви використовуєте типову модель CFD RANS для обчислення поля потоку, вона повинна дати вам коефіцієнт тиску, який має дуже подібне визначення до кавітаційного числа:

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

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

Якщо ви робите деякий розрахунок CFD на насадці, вам слід знайти місце мінімального тиску, і саме там має відбуватися кавітація. Ви можете визначити число кавітації з цього коефіцієнта тиску як:

σ = - C_{P}^{m i n}

$\sigma = -C_P^{min}$

$C_P^{min}$

Якщо ви хочете отримати більш точне число, вам слід врахувати, що для початку кавітації потрібно одночасно тривати: (1) місцева зона тиску, що нижче тиску пари води, (2) ядра повітря який потрапляє в цю область низького тиску, і (3) ядра повітря повинні перебувати під низьким тиском протягом досить значного часу, щоб воно в основному швидко зростало, ставало нестабільним і, отже, руйнувалося. Те, як люди змогли більш точно оцінити це, використовує метод Лагрангія, який імітує відправлення повітряних ядер через набір даних Еулерового КЗД. Деякі з реальних експертів у цій галузі - люди на Dynaflow-inc.com. Я б запропонував переглянути цей документ:

Chahine, GL "Ефекти ядер на спричинення кавітації та шум", 25-й симпозіум з морської гідродинаміки, Сент-Джонс, штат Каліфорнія, 8-13 серпня 2004 р. PDF тут

$p'$

— Уес
джерело

Це чудова відповідь! Ви звернулися до низки речей, про які я не знав, і, безумовно, заощадили мені багато часу. Спасибі. У майбутньому я можу опублікувати деякі подальші запитання з цього приводу.

— Бен Треттел

А як же, немає проблем. Сміливо запитайте більше. Я провів досить багато років, спеціалізуючись на моделюванні кавітації і, зокрема, намагаючись передбачити появу кавітації, але я вже не дуже працюю в цій галузі. Тож я радий, якщо інші можуть використовувати знання. Одну з класичних книг на цю тему можна знайти тут: amazon.com/Cavitation-Bubble-Dynamics-Engineering-Science/dp/…

— Уес