Entwicklung numerischer Modelle zur Vorhersage kavitationsbedingter Geräusche und Erosion in Hydraulikventilen mittels LES

使用 LES 开发数值模型来预测液压阀中与气蚀相关的噪声和腐蚀

• 批准号: 175375325
• 负责人: Professor Dr.-Ing. Jochen Fröhlich
• 金额: --
• 依托单位: Institut für Strömungsmechanik
• 依托单位国家: 德国
• 项目类别: Research Grants
• 财政年份: 2010
• 资助国家: 德国
• 起止时间: 2009-12-31 至 2013-12-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/175375325?language=en
• 关键词: Entwicklung; numerischer; Modelle; zur; Vorhersage

Wesentliche Stellglieder hydrostatischer Antriebe sind Schieberventile mit Steuerkanten. Dort, im Freistrahl, tritt gewollt die größte Strömungsgeschwindigkeit bei vergleichsweise kleinem Druck auf. Nicht gewollt sind dagegen die mit dem Freistrahl verbundenen Schallquellen infolge Turbulenz und Kavitation. Letztere ist darüber hinaus wesentlich für den Ventilverschleiß verantwortlich. Prinz bedingt lässt sich Kavitation in derartigen Bauteilen nicht verhindern. Allerdings ist es wünschenswert, bereits in einer frühen Designphase Aussagen über Schallemission und erwartete Erosionsrate treffen zu können. In der Literatur finden sich einige experimentelle Arbeiten zu den genannten Themen, jedoch fast keine Arbeiten zur numerischen Modellierung von Geräusch und Verschleiß in ölhydraulischen Bauteilen. Derartige Bauteile und das Medium Öl weisen jedoch Besonderheiten auf, die berücksichtigt werden müssen. Beispielsweise ist die bei Ventilströmungen wesentliche Scherschichtturbulenz und Scherschichtkavitation bei Turbomaschinen nachrangig. Ein entsprechendes Simulationsverfahren für Kavitation in Öl würde es ermöglichen, bereits im Konstruktionsprozess Kavitation zu reduzieren, Geräuschbildung zu quantifizieren sowie den Verschleiß vorherzusagen und während des Betriebs Informationen über die Restlebensdauer eines Bauteils zu erhalten. Langfristiges Ziel des Projektes ist die Entwicklung solcher Methoden für Entwurf und Monitoring. Voraussetzung dafür ist die Klärung sehr grundlegender Modellierungsaufgaben, angefangen von der Bestimmung der Fluidstoffwerte bis hin zum Approximationsverfahren für den Gasanteil. Im vorliegenden Projekt kooperieren daher drei Arbeitsgruppen mit entsprechender Kompetenz. Als prototypisch wurde die Strömung durch eine ebene Ventilgeometrie ausgewählt, die von allen Partnern untersucht wird. Am Institut für Fluidtechnik der TU Dresden wird der Versuchträger konstruiert, und es werden Referenzmessungen durchgeführt, um Kavitationszustand, Geschwindigkeitsfeld, Flüssigkeitsschall und Körperschall zu bestimmen. Weiterhin wird die kavitierende Strömung mit aktuellen industriellen Codes simuliert. Das Fachgebiet Fluidsystemtechnik der TU Darmstadt stellt Kompetenz zur Bestimmung der im Allgemeinen nur unzureichend bekannten Stoffwerte in statischer und dynamischer Weise bereit. Hier erfolgt Modellentwicklung an der Einzelblase, die später in die Gesamtmodellierung eingeht. Vor allem werden in Darmstadt Messungen zur Erosion angestellt. Am Institut für Strömungsmechanik der TU Dresden findet numerische Modellierung mit Hilfe der Large Eddy Simulation statt. Sie umfasst Teilmodelle für Kavitation, Ausgasen, Schallerzeugung und -dämpfung sowie Erosion. Die geplanten Experimente ermöglichen eine detaillierte physikalische Beschreibung der Vorgänge. Sie gehen wesentlich über die bisher existierenden, meist auf Experimenten mit Wasser basierenden, Untersuchungen hinaus und stellen eine solide Datenbasis für die Modellierung dar. Andererseits wird die für instationäre Vorgänge besonders geeignete Large Eddy Simulation eingesetzt und weiter entwickelt. Hierdurch werden neue und detaillierte Einblicke in die physikalischen Vorgänge möglich und die zu erwartende Genauigkeit der Vorhersage deutlich verbessert. Bewusst werden auch in der Praxis häufig verwendete statistische Verfahren der Turbulenzmodellierung verwendet, um deren Leistungsfähigkeit für dieselbe Aufgabe zu beurteilen. Ziele der ersten Projektphase sind die Generierung von Referenzdaten sowie Test und Weiterentwicklung von Teilmodellen. In der zweiten Phase sollen diese Teilmodelle vervollständigt und zu einem umfassenden Gesamtmodell vereinigt werden.

Wesentliche Stellglieder Hydrostatischer Antriebe sind Schieberventile mit Steuerkanten。多特，我是弗赖斯特拉尔，是一个非常危险的人。 Nicht gewollt sind dagegen die mit dem dem Freistrahl verbundenen Schallquellen infolge Turbulenz und Kavitation。 Letztere ist darüber hinaus wesentlich für den Ventilverschleiß verantwortlich。 Prinz bedingt lässt sich Kavitation in derartigen Bauteilen nicht verhindern. Allerdings ist es wünschenswert, bereits in einer frühen Designphase Aussagen über Schallemission und erwartete Erosionsrate treffen zu können.在 der Literatur 中找到了 sich einige Experimentelle Arbeiten zu den genannten Themen，jedoch fast keine Arbeiten zurnumerischen Modellierung von Geräusch und Verschleiß in ölHydraulischen Bauteilen。 Derartige Bauteile 和 das Medium Öl weisen jedoch Besonderheiten auf，die berücksichtigt werden müssen。 Beispielsweise ist die bei Ventilströmungen wesentliche Scherschichtturbulenz and Scherschichtkavitation bei Turbomaschinen nachrangig.在空中运动中进行模拟的方法，是在建造过程中进行空中运动的还原、量化的基础，并在测试过程中进行量化，并从剩余部分获取信息 eines Bauteils zu erhalten。 Langfristiges Ziel des Projektes ist die Entwicklung solcher Methoden for Entwurf und Monitoring。 Voraussetzung dafür ist die Klärung sehr grundlegender Modellierungsaufgaben, angefangen von der Bestimmung der Fluidstoffwerte bis hin zum Approximationsverfahren für den Gasanteil.我的项目是由 Arbeitsgruppen mit entprechender Kompetenz 提供的。 Als prototypisch wurde die Strömung durch eine ebene Ventilgeometrie ausgewählt, die von allen Partnern untersucht wird。德累斯顿工业大学流体技术研究所致力于结构设计，并提供关于飞行、飞行、运动、飞行和最佳性能的参考信息。 Weiterhin wird die kavitierende Strömung mit aktuellen industriellen Codes simuliert。达姆施塔特工业大学的流体系统技术在统计和动态方面具有最佳的性能。 Hier erfolgt Modellentwicklung an der Einzelblase, die später in die Gesamtmodellierung eingeht. Vor allem werden 在达姆施塔特 Messungen zur Erosion angestellt。德累斯顿工业大学斯特罗蒙机械研究所找到了大涡模拟统计数据的数值模型。 Sie umfasst Teilmodelle für Kavitation、Ausgasen、Schallerzeugung und -dämpfung sowie Erosion。 Die geplanten Experimente ermöglichen eine细节物理Beschreibung der Vorgänge。 Sie gehen wesentlich über die bisher Existierenden, meist auf Experimenten mit Wasser basierenden, Untersuchungen hinaus und stellen eine Solide Datenbasis for die Modellierung dar. Vorgänge 的安装非常适合大涡模拟工程和实际应用。详细说明了物理 Vorgänge möglich 中的新结构和细节以及 Vorhersage deutlich verbessert 的 Genauigkeit。请注意，在实践中，请注意涡轮模型的统计分析，以及柴油机的运行情况。 Ziele der ersten Projektphase sind die Generierung von Referenzdaten sowie Test and Weiterentwicklung von Teilmodellen。在两个阶段中，所有的模型都已建立并完成整个模型的构建。