نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شاهرود

2 کارشناس ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شاهرود

چکیده

به منظور بررسی تأثیر مدل‌های انتقال جرم در شبیه‌سازی پدیده کاویتاسیون دو مجرای جریان داخلی، شامل یک ونتوری و یک روزنه مورد بررسی عددی قرار گرفته است. برای این کار مدل‌های مورد نظر شامل کانز، زوارت و سینگال با ضرایب استاندارد در کدی منبع باز پیاده‌سازی و در مسائلی با شرایط یکسان ارزیابی شده است. نتایج رخداد کاویتاسیون در جریان‌های مذکور در قالب کسر حجمی متوسط در مقاطعی از جریان در مجرای ونتوری و مقدار ضریب تخلیه برای روزنه، با نتایج تجربی مقایسه و مقدار خطای متوسط مدل‌ها مورد ارزیابی قرار گرفته اند. نتایج حاصل نشان دهنده دقت بالای مدل های انتقال جرم کانز و زوارت با خطای متوسط کمتر از 5 درصد برای نمونه‌های شبیه‌سازی شده است؛ در حالی که استفاده از مدل سینگال مقادیر خطای میانگین بیشتر از 10 درصد را نشان می دهد. همچنین با بررسی میانگین نتایج خطای حاصل از شبیه‌سازی‌های مذکور در مسائل بررسی شده، اولویت قابل توجهی بین مدل‌های کانز و زوارت مشاهده نمی شود. اما در مدل سینگال با وجود پیچیدگی بیشتر مدل در احتساب ویژگی‌های جریان، اختلاف بیشتری در مقایسه با داده‌های تجربی ملاحظه می‌شود که لازم است در استفاده از این مدل، تنظیم مقادیر ثابت آن و شرایط بکارگیری دقت بیشتری لحاظ شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Comparison of three cavitation mass transfer models in internal flows through Venturi and Orifice

نویسندگان [English]

  • A Sar Reshtedari 1
  • V Najafi 2

چکیده [English]

Three new mass transfer models of cavitation have been studied in two cases of internal flows, a venture and an orifice, numerically. Models were implemented in an open source code for similar condition flows. Volume of gas fraction, in some section of ventury conduit flow, and orifice discharge coefficient are compared to experimental data. Data comparisons shows high precisions in the results of Kunz and Zwart mass transfer models, reached to average less than 5 percent in relative errors while Singhal model shows more deviation, more than 10 percent, from test data. Not any advantage is seems between Kunz and Zwart model in the results of case studies, while Singhal, with more flow parameters accounting, shows more diverted results, therefore more precisions is needed to use this model.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Cavitation
  • Mass transfer model
  • Internal flows

[1]  Brennen E., “Cavitation and Bubble Dynamics Christopher”. California -New York: California Institute of Technology Pasadena, 1995.

[2]  Palau S.G., González A.P., Arviza V.J., “Numerical Modeling of Cavitating Flows for Simple Geometries”, J Spanish Research, pp.460-469, 2007

[3]  Morgut M., Nobile E.,Bilus I., “Comparison of Mass Transfer Models for the Numerical Prediction of Sheet Cvitation Around a Hydrofoi”, Multiphase Flow, pp.620-626, 2011.

[4]  Wei-guo Z., Ling-xin Z., “Numerical Simulation of Cavitation Flow under High Pressure and Temperature”, Hydrodynamics, pp.289-294, 2011.

[5]  Singhal A.K., Li N.H., Athaval M., Jiang Y., “Mathematical Basis and Validation of the Full Cavitation Model”, FEDSM2001-18015,USA: Proceeding of FEDSM 01, ASME Fluids Engineering Division Summer Meeting, 2001.

[6]  Brennen C.E., “Fundamentals of Multiphase Flows”., Cambridge Univ. Press, 2005.

[7]  Brown D.L., Cortez., “Accurate Projection Methods for the Incompressible Navier-Stokes Equations”, J. of Computational Physics, n.d.J. of Computational Physics, 2001.

[8]  Stutz B.,Reboud J.L., “Experiments on Unsteady Cavitation, Experiments in Fluids”, Flight, Vol. 22, No.191-198, 1997.

[9]  Nurick W.H., “Orifice Cavitation and its Effect on Spray Mixing.,” J Fluids Eng, pp. 681-687, 1976.

[10]             Bernard S., Susan R.R., Usan R., Muntean R., Anton I., “Numerical Analysis of the Cavitating Flow”, Proceeding of the Romanian Academy, Series A, Vol.7, No.1, 2006.

[11]             Roohi E. , Pendar M., Rahimi A. “Simulation of Three-Dimensional Cavitation Behind a Disk using Various Turbulence and Mass Transfer Models”, Applied Mathematical Modelling,Vol.40, No.1, pp.542–564, 2016.

Morguta M., Nobilea E. , Bilušb I., “Comparison of Mass Transfer Models for the Numerical Prediction of Sheet Cavitation Around a Hydrofoil”, International Journal of Multiphase Flow, Vol.37, No.6, pp. 620–62, 2011.