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.

我们的Stellglieder流体静力学Antriebe sind Schieberventile mit Steuerkanten. Dort，im Freistrahl，tritt gewollt die größte Strömungsgeschwindigkeit bei vergleichsweise kleinem Druck auf.自由流在湍流和气流中的作用并不重要。Letztere ist darüber hinaus wesentlich für den Ventilverschleischleifferantwortlich.王子没有让他在危险的地方离开。Allerdings ist es wünschenswert，bereits in einer fühen Designphase Aussagen über Schallemission und erwartete Erosionsrate treffen zu können.在文献中发现了一种试验性的工作方法，但在液压零件中，没有快速的工作方法来对Geräusch和Verschleischen进行数值模拟。Derartige Bauteile和das Medium Öl weisen jedom Besonderheiten auf，die berücksichtigt韦尔登müssen.在涡轮机上，涡轮叶片的振动和振动是不可分割的。Ein entsprechendes Simulationsverfahren für Kavitation in Öl würde es ermöglichen，bereits im Konstruktionsprozess Kavitation zu reduzieren，Geräuschbildung zu quantifizieren sowie den Verschleiben 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.我计划在三个工作组中实施一个合作项目，其中包括一个竞争对手。所有的原型都是通过一个更好的通风几何来实现的，所有的合作伙伴都可以实现。Am Institut für Fluidtechnik der TU Dresden wird der Versuchträger konstruiert，und es韦尔登Referenzmessungen durchgeführt，um Kavitationszustand，Geschwindigkeitsfeld，Flüssigkeitsschall und Körperschall zu bestimmen. Weiter hin 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一般情况下仅能在静态和动态方面对Stoffwerte进行评估。在这里，模型被设计成一个模型，在整体模型中被分解。我们在达姆施塔特的韦尔登已经被侵蚀了。Am Institut für Strömungsmechanik der TU Dresden findet numerische Modellierung mit Hilfe der Large Eddy Simulation statt. Sie umfasst Teilmodelle für Kavitation，Ausgasen，Süberzeugung und -dämpfung sowie Erosion.该实验室对吸血鬼的生理特性进行了详细的研究。您可以通过瓦塞尔的基础实验来获得更好的结果，并为模型建立一个坚实的数据基础。因此，将对涡动进行大涡模拟。随后韦尔登在物理学上有了新的和详细的发现，并在德国的前殖民地中得到了普遍的认可。Bewusst韦尔登也在Praxis häufig verwendete statistische Verfahren der Turbulenzmodellierung verwendet中，um deren Leistungsfähigkeit für dieselbe Aufgabe zu beurteilen。第一个项目阶段是参考数据测试的生成和模型的加权。在第二个阶段，我们必须建立一个完整的模型，并在此基础上建立一个韦尔登模型。