مجله مهندسی مکانیک

مجله مهندسی مکانیک

تحلیل عددی جریان گاز در شیرهای صنعتی جهت کاهش اثرات حباب‌ زایی در شبکه گازرسانی کشور

نوع مقاله : علمی پژوهشی

نویسندگان
1 استادیار، گروه سیستم‌های انرژی، دانشکده مهندسی، دانشگاه صنعتی خاتم الانبیاء، بهبهان
2 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه سیستم های انرژی، دانشکده مهندسی، دانشگاه صنعتی خاتم الانبیاء، بهبهان
3 دانشیار، گروه مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی، دانشگاه صنعتی شیراز، شیراز
چکیده
شیرهای صنعتی با طراحی دقیق، نقش مهمی در کنترل جریان سیال و کاهش پدیده کاویتاسیون ایفا می‌ کنند. کاویتاسیون، با کاهش فشار محلی سیال، منجر به تشکیل و انفجار حباب ‌ها شده که سطوح را فرسایش داده و عملکرد شیرها را مختل می‌ سازد. این پژوهش به شبیه‌ سازی کاویتاسیون در شیرهای پروانه ‌ای و کروی پرداخته و تأثیر پارامترهایی نظیر افت فشار، دمای سیال و درجه باز شدگی شیر بر شدت کاویتاسیون را بررسی می ‌کند. مدل‌ سازی جریان و تحلیل پارامترهای کلیدی با رویکرد گسسته ‌سازی مرتبه دوم انجام گرفت. نتایج نشان داد که مدل اغتشاشی  دقیق ‌ترین پیش‌بینی ‌ها را ارائه می ‌دهد. استقلال تحلیل از مش‌ بندی و اعتبارسنجی با داده‌ های آزمایشگاهی نیز تأیید شد. مقاله حاضر با بهره ‌گیری از مدل‌ های شبیه‌ سازی عددی پیشرفته و تحلیل‌ های پارامتریک دقیق، نوآوری‌ هایی در درک پدیده کاویتاسیون در شیرهای پروانه‌ ای و کروی ارائه می کند. استفاده از مدل برای پیش‌ بینی دقیق رفتار کاویتاسیون، همچنین بررسی اثرات افت فشار و دما بر شدت این پدیده، به ‌طور خاص در شرایط صنعتی، از جمله دستاوردهای این تحقیق به شمار می‌رود. 
کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]     T. Kerh, J. J. Lee, and L. C. Wellford, “Transient Fluid-Structure Interaction in a Control Valve,” Journal of Fluids Engineering, vol. 119, no. 2, pp. 354–359, Jun. 1997,  https://doi.org/10.1115/1.2819141.
 
[2]  T. Požar, Ž. Pirc, E. Susič, and R. Petkovšek, “Simplified detection of cavitation threshold in control valves,” Applied Acoustics, vol. 165, p. 107320, Aug. 2020, https://doi.org/10.1016/j.apacoust.2020.107320.
 
[3]     H. Yang, W. Wang, K. Lu, and Z. Chen, “Cavitation reduction of a flapper-nozzle pilot valve using continuous microjets,” International Journal of Heat and Mass Transfer, vol. 133, pp. 1099–1109, Apr. 2019, https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2019.01.008.
 
[4]    B. Liu, J. Zhao, and J. Qian, “Numerical analysis of cavitation erosion and particle erosion in butterfly valve,” Engineering Failure Analysis, vol. 80, pp. 312–324, Oct. 2017, https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2017.06.045.
 
[5]  I. R. Chinyaev, A. V. Fominykh, and E. A. Pochivalov, “Method for Determining of the Valve Cavitation Characteristics,” Procedia Engineering, vol. 150, pp. 260–265, Aug. 2016, doi: https://doi.org/10.1016/j.proeng.2016.06.759.
 
[6]    X. Guan Song, Y. Park, and S. Korea, “Numerical Analysis Of Butterfly Valve-Prediction Of Flow Coefficient And Hydrodynamic Torque Coefficient.” Accessed: Jan. 14, 2025. [Online]. Available: https://www.iaeng.org/publication/WCECS2007/WCECS2007_pp759-763.pdf.
 
[7]   G. Ibrahim, Z. Al-Otaibi, and H. Ahmed, “An Investigation of Butterfly Valve Flow Characteristics Using Numerical Technique,” Journal of Advanced Science and Engineering Research, vol. 3, no. 2, pp. 151–166, 2013, Available: https://citeseerx.ist.psu.edu/document?repid=rep1&type=pdf&doi=51c31a5ce36a1e4d5649934f4f787efd0828ae5c.
 
[8] Farid Vakili-Tahami, M. Zehsaz, Mahdi Mohammadpour, and A. Vakili-Tahami, “Analysis of the hydrodynamic torque effects on large size butterfly valves and comparing results with AWWA C504 standard recommendations,” Journal of Mechanical Science and Technology, vol. 26, no. 9, pp. 2799–2806, Sep. 2012,
 
[9]    G. Gao, S. Guo, D. Li, “A review of cavitation erosion on pumps and valves in nuclear power plants” , Materials, vol. 17, no. 5, pp1007, Feb. 2024,
https://doi.org/10.3390/ma17051007.
 
[10]   X. Xu, L. Fang, A. Li, Wang Z, Li S, “Numerical analysis of the energy loss mechanism in cavitation flow of a control valve,” International Journal of Heat and Mass Transfer, 1;174:121331., Aug. 2021, https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2021.121331.
 
[11]  A. Fiala and E. Kügeler, “ROUGHNESS MODELING FOR TURBOMACHINERY.” Accessed: Jan. 15, 2025. [Online]. Available: https://torroja.dmt.upm.es/congresos/asme_2011/data/pdfs/trk-30/GT2011-45424.pdf .
 
[12]   T. Leino, K. T. Koskinen, and M. Vilenius, “CFD-Modelling of a water hydraulic poppet valve - Comparison of different modelling parameters,” Tampere University Research Portal, pp. 277–286, 2025, Accessed: Jan. 15, 2025. [Online]. Available: https://researchportal.tuni.fi/en/publications/cfd-modelling-of-a-water-hydraulic-poppet-valve-comparison-of-dif.
 
[13] M.-J. Chern, C.-C. Wang, and C.-H. Ma, “Performance test and flow visualization of ball valve,” Experimental Thermal and Fluid Science, vol. 31, no. 6, pp. 505–512, May 2007, https://doi.org/10.1016/j.expthermflusci.2006.04.019.
 
[14]  L. Xiumei, H. Jie , L. Beibei, Z. Chi, X. Huawen, L. Wei, X. Fangwei, “Study on unsteady cavitation flow and pressure pulsation characteristics in the regulating valve,” Shock and Vibration, 2021, 2021(1):6620087. doi: https://doi.org/10.1155/2021/6620087.
 
[15] T. Koivula, A. Ellman, and M. Vilenius, “EXPERIENCES ON CAVITATION DETECTION METHODS.” Accessed: Jan. 15, 2025. [Online]. Available: https://www.imeko.org/publications/wc-2000/IMEKO-WC-2000-TC9-P239.pdf.
 
[16] M. H. Tofighi, H. Sazegar, F. Najafi, and S. S. Hossein, “Modeling and Experimental Identification of a Rotary Servo-Hydraulic System in Presence of Noise and Structural Uncertainties,” Journal of Control, vol. 3, no. 4, pp. 1–10, Mar. 2010, Accessed: Jan. 15, 2025. [Online]. Available: https://joc.kntu.ac.ir/browse.php?a_id=149&sid=1&slc_lang=en.
 
[17]    D. Habibnejad, P. Akbarzadeh, A. Salavatipour, V. Gheshmipour, “Cavitation reduction in the globe valve using oblique perforated cages: A numerical investigation,” Flow Measurement and Instrumentation, 1;83:102110, Mar. 2022,  https://doi.org/10.1016/j.flowmeasinst.2021.102110.
 
[18]  Z. Mazur, L. M. Palacios, and G. Urquiza, “Numerical modeling of gland seal erosion in a geothermal turbine,” Geothermics, vol. 33, no. 5, pp. 599–614, Oct. 2004,  https://doi.org/10.1016/j.geothermics.2003.12.003.
 
[19]   L. Romagnuolo, E. Frosina, A. Amoresano, G. Quaremba, M. Spirto, A. Senatore, “Instability measurement of cavitation conditions in a spool valve through the definition of a cavitation instability index,” Flow Measurement and Instrumentation, 91:102366., Jun. 2023,
https://doi.org/10.1016/j.flowmeasinst.2023.102366
 
[20]  D. Li, M. Grekula, and P. Lindell, “Towards numerical prediction of unsteady sheet cavitation on hydrofoils,” Journal of Hydrodynamics, vol. 22, no. S1, pp. 699–704, Oct. 2010,  https://doi.org/10.1016/s1001-6058(10)60024-8.
[21]   Md. M. Karim and M. S. Ahmmed, “Numerical study of periodic cavitating flow around NACA0012 hydrofoil,” Ocean Engineering, vol. 55, pp. 81–87, Dec. 2012,  https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2012.06.034.
 
[22]   M. Dular, R. Bachert, B. Stoffel, and B. Širok, “Experimental evaluation of numerical simulation of cavitating flow around hydrofoil,” European Journal of Mechanics - B/Fluids, vol. 24, no. 4, pp. 522–538, Jul. 2005,  https://doi.org/10.1016/j.euromechflu.2004.10.004.
 
[23]  A. Fiala and E. Kügeler, “ROUGHNESS MODELING FOR TURBOMACHINERY.” Accessed: Jan. 15, 2025. [Online]. Available: https://torroja.dmt.upm.es/congresos/asme_2011/data/pdfs/trk-30/GT2011-45424.pdf.
 
[24]   G. Brett, M. Riveland, T. C. Jensen, and T. J. Heindel, “Cavitation From a Butterfly Valve: Comparing 3D Simulations to 3D X-Ray Computed Tomography Flow Visualization,” " Fluids Engineering Division Summer Meeting. Jan. 2011,  https://doi.org/10.1115/ajk2011-33003.
 
 
دوره 34، شماره 3 - شماره پیاپی 162
مرداد و شهریور 1404
صفحه 27-40

  • تاریخ دریافت 06 بهمن 1403
  • تاریخ بازنگری 25 اسفند 1403
  • تاریخ پذیرش 16 فروردین 1404