자동차 엔진과 변속기 블록 등의 가공과정에서 잔류하는 기름때를 제거하기 위한 부품 세척장비는 정교한 제어장치 없이도 정확한 수류방향 절환이 원활히 이루지는 3 방향 절환밸브를 사용한다. 그러나, 밸브의 복잡한 유로 및 바텀플러그 형상으로 인해 유속변화가 심하게 발생하여 공동현상이 나타날 수 있다. 본 연구에서는 3 방향 절환밸브 내의 유동특성을 해석적으로 평가하였으며, 바텀플러그 하부에서 나타나는 공동현상을 공동화지표와 POC(Percent of cavitation)를 도입하여 정량화하였다. 공동현상의 저감을 위해 바텀플러그 형상을 매개변수화하고, 해석의 수렴성 개선과 해석시간을 단축시킬 수 있는 단순 유한요소모델을 이용하여 유동해석을 통한 형상최적설계를 실시하였다. 또한, 연구팀에서 보유하고 있는 유동시험설비와 ISA-RP75.23 규격에 맞게 제작된 시편을 이용하여 공동현상 가시화 실험을 실시하여 해석결과를 검증하였다.
A Numerical study of the cavitation within a centrifugal pump is carried out using CFD commercial code, FLUENT. The objective of this study is to predict the onset of cavitation within the pump blade and the degradation in the pressure rise due to the generation and transport of vapor. A pump designed for the study is a six bladed, one-circular arc impeller design suggested by A.J. Stepanoff et al. The Steady-state calculations are performed for a wide range of flow rate without the cavitation to investigate the pump performance. The design head and efficiency show a very good agreement with the numerical results at the design flow rate. After the validation with the numerical results, the pump performance and the onset of cavitation within the blade is predicted by changing NPSH at the design flow rate.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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제10권3호
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pp.188-196
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2017
The objective of this paper is to investigate the flow-induced vibration of a flexible hydrofoil in cavitating flows via combined experimental and numerical studies. The experiments are presented for the modified NACA66 hydrofoil made of POM Polyacetate in the closed-loop cavitation tunnel and the numerical investigations are performed using a hybrid coupled fluid structure interaction model. The results showed that with the decreasing of cavitation number, the vibration magnitude increases dramatically for the cloud cavitation and declines for the supercavitation. The cloud cavitation development strongly affects the vibration response, with the main frequency of the vibration being accordance with the cavity shedding frequency and other two frequencies corresponding to the bending and twisting frequencies.
버터플라이 밸브의 압력손실과 캐비테이션에 대한 유동특성 연구를 수행하였다. 밸브의 열림각에 대한 압력손실계수는 Carnot 방정식을 응용하여 수식화하였다. 캐비테이션(캐비테이션의 발단, 슈퍼 캐비테이션, 캐비테이션 손상, 초킹 캐비테이션과 같은)은 밸브의 압력손실계수로부터 예측되었다. 압력손실과 캐비테이션 예측은 밸브의 열림각에 대한 두께 비의 변화에 따라 수행하였다. 예측 데이터는 버터플라이 밸브를 개발하는데 필요한 엔지니어링 데이터로 활용하고자 한다.
As the operating range of centrifugal pump is expanded recently, the various suction conditions are demanded. The most important problem in the suction conditions is cavitation. In this study, to analyze the characteristics for such the cavitation, first the validity of the numerical analysis was certified through comparison with the experimental result of performance curve according to flow rate for the industrial centrifugal pump. At this time, the transient numerical analysis for the full type model of the centrifugal pump was performed to get more accurate results. The numerical analysis on the cavitation of centrifugal pump were conducted on the two-phase flow as the same method of one-phased flow.
A general purpose program NUFLEX has been extended for two-phase flows with topologically complex interface and cavitation flows with liquid-vapor phase change caused by large pressure drop. In analysis of two-phase flow, the phase interfaces are tracked by employing a LS(Level Set) method. Compared with the VOF(Volume-of-Fluid} method based on a non-smooth volume-fraction function, the LS method can calculate an interfacial curvature more accurately by using a smooth distance function. Also, it is quite straightforward to implement for 3-D irregular meshes compared with the VOF method requiring much more complicated geometric calculations. Also, the cavitation process is computed by including the effects of evaporation and condensation for bubble formation and collapse as well as turbulence in flows. The volume-faction and continuity equations are adapted for cavitation models with phase change. The LS and cavitation formulation are implemented into a general purpose program for 3-D flows and verified through several test problems.
This paper presents a numerical study on tip vortex cavitation inception predictions based on non-spherical bubble dynamics including splitting and jet noise emission. A brief summary of the numerical method and its validation against a laboratory experiment are presented. The behavior of bubble nuclei is studied in a tip vortex flow field at two Reynolds numbers, provided by a viscous flow solver. The bubble behavior is simulated by an axisymmetric potential flow solver with the effect of surrounding viscous flow taken into account using one way coupling. The effects of bubble nucleus size and Reynolds number are studied. An effort to model the bubble splitting at lower cavitation numbers is also described.
The aim of this study is to investigate the effects of nozzle orifice shapes and the nozzle length-to-diameter ratio(L/D) on the nozzle cavitation formation inside the orifice and the external flow pattern. The nozzle used in this work was tested the taper orifice nozzle and the rectangular orifice nozzle which was made from the transparent acrylic acid resin. For studying the effect of the nozzle L/D ratio, it was used to three L/D ratios of 3.33, 10, and 20. The cavitation flow of nozzle was visualized by using the ICCD camera and optical system. This work revealed that the flow rate and discharge coefficient($C_d$) of the taper orifice nozzle was larger than those of the rectangular orifice nozzle at the same injection pressure. The cavitation flow was observed in the nozzle orifice at the low injection pressure and the breakup of liquid jet was promoted as the L/D ratio is decreased. The cavitation of biodiesel fuel was formed at the lower injection pressure than that of diesel fuel because of higher viscosity and density.
This study examines the influence of geometry on the internal flow and macroscopic behavior of the spray in Diesel nozzles. For this investigation, two bi-orifice nozzles were employed: one cylindrical and one conical. The first step is to use a non-destructive characterization method which is based on the production of silicone moulds so that the precise internal geometry of the two nozzles can be measured. At this stage the nozzles have been characterized dimensionally and therefore the internal flow can be studied using CFD calculations. The results gained from this experiment make it possible also to ascertain the critical cavitation conditions. Once the critical cavitation conditions have been identified, the macroscopic parameters of the spray can be studied in both cavitating and non-cavitating conditions using a test rig pressurized with nitrogen and with the help of a image acquisition system and image processing software. Consequently, research can be carried out to determine the influence that cavitation has on macroscopic spray behavior. From the point of view of the spray macroscopic behavior, the main conclusion of the paper is that cavitation leads to an increment of the spray cone angle. On the other hand, from the point of view of the internal flow, the hole outlet velocity increases when cavitation appears. This phenomenon can be explained by the reduction in the cross section of the liquid phase in the outlet section of the hole.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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제10권2호
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pp.176-188
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2017
The nozzle-flapper valves are widely applied as a pilot stage in aerospace and military system. A subject of the analysis presented in this work is to find out a reasonable range of null clearance between the nozzle and flapper. This paper has presented a numerical flow coefficient simulation. In every design point, a parameterized model is created for flow coefficient simulation and cavitation under different conditions with varying gap width and inlet pressure. Moreover, a new test device has been designed to measure the flow coefficient and for visualized cavitation. The numerical simulation and test results both indicate that cavitation intensity gets fierce initially and shrinks finally as the gap width varies from small to large. From the curve, the flow coefficient mostly has experienced three stages: linear throttle section, transition section and saturation section. The appropriate deflection of flapper is recommended to make the gap width drop into the linear throttle section. The flapper-nozzle null clearance is optionally recommended near the range of $D_N/16$. Finally through simulation it is also concluded that the inlet pressure plays a little role in the influence on the flow coefficient.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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