ارزیابی عملکرد هیدرودینامیکی و کنترل کاویتاسیون در شیرهای کنترل جریان هیدرولیکی: مطالعه ی عددی و تجربی

شیرهای کنترل جریان از اجزای اساسی سامانه های انتقال توان هیدرولیکی محسوب می شوند و تنظیم دقیق دبی روغن را بر عهده دارند. با این حال، وقوع کاویتاسیون با ایجاد ناپایداری دینامیکی، کاهش بازده و افت عمر مفید، عملکرد این شیرها را به طور جدی محدود می سازد. در این پژوهش، رفتار گذرای کاویتاسیون در یک شیر کنترل جریان سوزنی به صورت عددی و تجربی بررسی شد و اثر هم زمان پارامترهای هیدرولیکی و هندسی بر ویژگی های جریان مورد تحلیل قرار گرفت. مدل عددی جریان دوفازی بر پایه مدل کاویتاسیون شنر-زاور و مدل آشفتگی k–ω SST توسعه یافت. اعتبارسنجی مدل با استفاده از داده های تجربی یک مدار آزمایشگاهی انجام شد و مقایسه نتایج نشان داد، میانگین اختلاف دبی پیش بینی شده و مقادیر اندازه گیری شده کمتر از ۶ درصد بوده است که دقت مناسب مدل را تایید می کند. در ادامه، تاثیر فشار روغن ورودی (۲۰، ۴۰ و ۶۰ بار)، شعاع انحنای نشیمنگاه (۰، ۲، ۴ و ۶ میلی متر) و جابجایی سوزن (۱/۰ تا ۶/۰ میلی متر)، بر ساختار میدان جریان و شاخص های کاویتاسیون ارزیابی شد. نتایج نشان داد، افزایش فشار ورودی و جابجایی سوزن، سبب تضعیف شدت کاویتاسیون و بهبود بازیابی فشار گردید؛ با این حال، اصلاح هندسه نشیمنگاه، بیشترین تاثیر را بر کنترل این پدیده داشت. به طور مشخص، اعمال شعاع انحنای ۶ میلی متری منجر به کاهش ۹۱ درصدی شاخص کاویتاسیون و افزایش ۲۳ درصدی دبی جریان شد. در مجموع، یافته ها بیانگر آن است که بهینه سازی هندسی نشیمنگاه، راهکاری موثرتر از تغییر شرایط عملیاتی، برای کنترل کاویتاسیون و ارتقای پایداری عملکرد شیرهای هیدرولیکی، محسوب می شود.

Keywords:

شیر کنترل جریان , کاویتاسیون , جریان دو فازی , مدل آشفتگی