如何使用SolidWorks Flow Simulation分析孔蚀现象
作者:Simwe 来源:SolidWorks 发布时间:2012-12-19 【收藏】 【打印】 复制连接 【大 中 小】 我来说两句:(0) 逛逛论坛以一般的運算方式,頂多知道有孔蝕現象(Cavitation)發生,若要知道真實的情形,必須啟用Cavitation選項。接著啟用Cavitation選項再重新運算。
檢視運算結果,壓力值最大值為79745Pa,最小值為3701 Pa(如下圖九所示)。壓力最大值和之前運算的結果一致,但最小值已不再是負值了。因為有孔蝕現象,所以通常會搭配密度圖以及氣體體積比率圖來看(圖十及圖十一)。密度值最大值為987 kg/m3,最小值為617 kg/m3,有很明顯的變化。氣體體積比率最大值為0.38,可看出有很多的氣體產生。
(圖九) 使用Cavitation選項。壓力分佈圖。
(圖十) 使用Cavitation選項。密度分佈圖。
(圖十一) 使用Cavitation選項。氣體體積比率分佈圖。
以XY Plot擷取延著水中翼的上部表面的分析結果。
(圖十二) 上表面XY Plot 壓力值曲線,中間一段區域較低,為孔蝕區域。
(圖十三) 上表面XY Plot 密度值曲線,中間一段區域較低,為孔蝕區域。
(圖十四) 上表面XY Plot 氣體體積比率值曲線,中間一段區域很高,為孔蝕區域。
孔蝕現象計算分析時,通常會使用一個孔蝕係數σ做為參考依據
此處 P∞為流入水的壓力,Pv為飽和水蒸發壓力(在溫度293.2K時是2340Pa),ρ是流入水的密度,U∞是流入水的流速。
下列是以4種不同的孔蝕係數σ值,分析結果的氣體體積比率圖與實驗結果比較圖。
(圖十五) 不同的孔蝕係數分析與實驗結果比對。
下圖由分析結果的水中翼上表面氣體體積比率XY Plot求出孔蝕區域的長度除以上表面長度的比值與孔蝕係數關係表。
(圖十六) 孔蝕區域長度的分析值與實驗值比對。
透過SolidWorks Flow Simulation的孔蝕分析功能,可以更準確的預測出管路或閥門設備中的孔蝕現象,使得設計的產品有更高的可靠性。
[參考資料]:
1. “Introduction to Fluid Mechanics” by James E.A. John and William L. Haberman
2. Wikipedia : http://en.wikipedia.org/wiki/Cavitation
3. Physical Today on Web : http://www.aip.org/pt/feb00/maris.htm
4. Wesley, H. B., and Spyros, A. K.: Experimental and computational investigation of sheet cavitation on a hydrofoil. Presented at the 2nd Joint ASME/JSME Fluid Engineering Conference & ASME/EALA 6th International Conference on Laser Anemometry. The Westin Resort, Hilton Head Island, SC, USA August 13 - 18, 1995