10013

مطالعه عددي پديده كاويتاسيون در ونتوري

كارشناسي

مهندسي مكانيك

1404

دكتر مجيد سياوشي

دكتر مجيد سياوشي

1404/08/13

مهندسي مكانيك

Numerical studies of Cavitation phenomena in Venturi tubes

پديده كاويتاسيون يكي از مهم‌ترين چالش‌ها در سيستم‌هاي هيدروليكي است كه مي‌تواند به خرابي و آسيب‌هاي جدي منجر شود، اما در مواردي كه به‌صورت كنترل‌شده رخ دهد، كاربردهاي ويژه‌اي نيز دارد. در اين تحقيق، به بهينه‌سازي هندسه يك مدل ونتوري براي تشكيل كاويتاسيون پرداخته شده است. هدف اصلي مطالعه، بررسي تشكيل و توسعه كاويتاسيون در هندسه‌هاي ونتوري با زواياي همگرايي و واگرايي و طول گلوگاه متفاوت تحت دبي‌هاي گوناگون است. براي شبيه‌سازي پديده كاويتاسيون، با توجه به اعتبارسنجي انجام‌شده توسط داستانه و و همكاران (2019)، از نرم‌افزار Ansys Fluent و مدل‌هاي عددي شامل مدل ويسكوزيته k-ω ، مدل چند فازي Mixture و مدل كاويتاسيون Zwart-Gerber-Belami استفاده شده است. نتايج تحقيق نشان مي‌دهد رنج عدد رينولدز در نتايج بدست آمده از تحقيق روي ونتوري با قطر گلوگاه 6 ميلي‌متر ، 95،000 تا 131،000 ميباشد . با افزايش دبي جريان، مقدار كاويتاسيون و طول خط كاويتاسيون افزايش مي‌يابد، در حالي كه عدد كاويتاسيون كاهش مي‌كند. در نتيجه احتمال تشكيل كاويتاسيون در رينولدز هاي بالا تر بيشتر است . هندسه‌هاي با زاويه واگرايي كم، مانند 5 الي 6 درجه، شرايط بهتري براي تشكيل كاويتاسيون ايجاد مي‌كنند. هندسه‌هايي همچون هندسه هاي با زاويه واگرايي بالاتر (مانند 92°/18) مساعد تشكيل كاويتاسيون نيستند .اين در حاليست كه هندسه هايي با طول گلوگاه بيشتر و زاويه واگرايي كوچك(مانند زوايا °5 الي°6) مساعد براي تشكيل كاويتاسيون هستند. ميتوان اشاره داشت كه عدد كاويتاسيون در هندسه بررسي شده با زاويه واگرايي 81°/5 و طول گلوگاه با طول 35 ميلي‌متر با دبي ورودي 5 مترمكعب‌برثانيه، 13/0و با دبي ورودي 7 مترمكعب‌برثانيه، 09/0 مي‌باشد كه حدود 30% در دبي بالاتر كاهش يافته است.همچنين مي‌توان دريافت كه رنج عدد كاويتاسيون براي هندسه هاي مختلف در دبي هاي ثابت متفاوت است. بررسي كانتورهاي فشار، سرعت و كسر حجمي فاز بخار آب نشان مي‌دهد كه كاويتاسيون بيشتر در نواحي با فشار پايين و سرعت بالا، به‌ويژه در نزديكي ديواره‌ها رخ مي‌دهد. نوسانات ميكروسكوپي در سيال و ويژگي‌هاي فيزيكي آن نيز تأثير زيادي بر رفتار كاويتاسيون دارند. در نهايت، اين تحقيق علاوه بر بهبود طراحي هندسه ونتوري براي كاربردهايي نظير تصفيه آب و انحلال اكسيژن در آب به منظور اكسيژن‌رساني در شيلات و كشاورزي، زمينه‌ساز مطالعات آينده در خصوص اثر چگالي بخار، ويسكوزيته سيال و جريان‌هاي بازگشتي بر شدت كاويتاسيون خواهد بود.

كاويتاسيون , ونتوري , انسيس فلوئنت , كاويتاسيون درون ونتوري , شبيه سازي عددي , ديناميك سيالات محاسباتي