شبیه سازی عددی هیدرودینامیک و کارایی بهینه شیر کنترلی در شرایط کاری مختلف

شیر ها به طور گسترده ای در صنایع مختلف به کار میروند و بر حسب شرایط و انواع گوناگون آن وظیفه یکسو کننده، مسدود کننده، جاری کننده، تنظیم کننده و مخلوط کننده جریان سیال داخل لوله ها را به عهده دارند. یکی از انواع شیر های صنعتی شیر های کروی هستند. همان طور که سیال در شیر کروی حرکت می کند، با افزایش زاویه شیر و بسته شدن تدریجی شیر کروی، فشار در جلوی شیر کروی کاهش می یابد. با افزایش زاویه شیر کروی این کاهش فشار به جایی می رسد که فشار تبخیر سیال تامین می شود. در این حالت سیال تبخیر شده و حباب تشکیل می شود که این پدیده کاویتاسیون نام دارد. نتایج تجربی نشان داده که وقتی این حباب ها دچار فروپاشی می شوند، امواج ضربه قوی در سیال به وجود می آورند که قابل شنیدن است و حتی باعث صدمه دیدن شیر کروی می شود . نتایج تجربی نشان داده که وجود گردابه ها می تواند بر افزایش افت فشار در جلوی شیر کروی تاثیر گذار باشد . بنابراین برای ارزیابی دقیق تر اثرات گردابه ها انجام تحقیقات بیشتر شبیه سازی عددی ضروری است. در این پروژه یک شیر کروی به صورت عددی مدل سازی می شود و برای محاسبه ی پدیده ی کاویتاسیون از مدل اختلاطی استفاده شده است. برای صحت سنجی نتایج عددی از نتایج آزمایشگاهی استفاده شده است که مطابقت خوبی بین نتایج دیده می شود. نتایج نشان داد که در شیر کروی سه گردابه اصلـی هیدرودینامیک جریان را توصیف می کنند. محل این گردابه ها در قسمت های مختلف شیر کروی تعیین شده و اثرات آن ها بر عملکرد یک شیر کروی بحث شده است. نتایج آمده نشان می دهند که وجود گردابه سوم می تواند اثر زیادی بر گستردگی منطقه افت فشار در جلوی شیر کروی داشته باشد و کاویتاسیون در زوایای بالای شیر کروی رخ می دهد. بنابراین با الگوی آمده در پروژه حاضر، یک طراح می تواند با تنظیم بازه استفاده در نواحی که احتمال بروز کاویتاسیون شدید وجود ندارد از شیر کروی برای کنترل جریان مورد نظر استفاده کند. از طرف دیگر می توان نتیجه گرفت که تامین اختلاف فشارکم، عامل تعیین کننده برای جلوگیری از پدیده کاویتاسیون شدید است.