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Otimização do fluxo de cavitação dentro de um Venturi


 
 

1. Introdução

A otimização no FLOW-3D (x) consiste em ajustar de forma iterativa os parâmetros de design para atingir metas específicas de desempenho, fazendo uso dos resultados das simulações para informar e aprimorar o design. Esse processo abrange a definição de objetivos, a seleção cuidadosa de variáveis de design, a configuração de modelos de simulação, a execução de análises e a aplicação de algoritmos de otimização para aperfeiçoar de maneira sistemática os designs. O propósito é aprimorar o desempenho do produto, reduzir custos ou atender a critérios específicos, aproveitando as sólidas capacidades de simulação do FLOW-3D (x) em análises estruturais, fluidas, térmicas e multiphysics.
O fluxo de trabalho compreende análises de sensibilidade, ajustes de parâmetros e refinamentos iterativos, culminando na obtenção de um design otimizado. Isso proporciona suporte aos engenheiros ao longo do processo de concepção e melhoria de sistemas complexos de maneira eficiente.

2. Descrição da análise

Neste estudo, a simulação CFD para analisar o fluxo de cavitação dentro de um venturi cavitante foi realizada utilizando o software FLOW-3D. A figura 1 ilustra um diagrama da geometria. As especificações geométricas para o caso de análise foram resumidas na mesma figura.
Diagrama esquemático dos tubos de Venturi utilizados nas simulações

3. Condições de contorno


A condição de entrada foi especificada como pressão com uma faixa entre 250 kPa e 500 kPa.
Para a condição de saída, três variáveis (volume de cavitação, diferença de pressão, velocidade de entrada) foram definidas para investigar as relações entre si.
O fluxo de trabalho do FLOW-3D (x) oferece uma experiência nítida e intuitiva, mesmo em projetos de otimização extensos e complexos. A clareza superior nas definições de nós e no delineamento do fluxo de trabalho destaca-se, destacando-se ainda mais pela melhoria nas tarefas de otimização de layout, sendo esta uma das propriedades significativas do FLOW-3D (x).

4. Resultados e discussão

Por meio do processo de otimização, é possível resumir as principais conclusões da seguinte maneira.
Conforme a pressão na entrada aumentava, a região de cavitação se expandia gradualmente mais a jusante de um Venturi cavitante. Além disso, observou-se um aumento na magnitude máxima da fração volumétrica de vapor.

A figura a seguir apresenta a comparação entre a queda de pressão estática medida e prevista em relação à velocidade de entrada. Conforme a pressão de entrada aumentou, observou-se um gradual aumento nas magnitudes tanto da velocidade de entrada quanto da diferença de pressão entre a entrada e a saída.
 

Referências

1. Lee, G. H., & Bae, J. H. (2020, July). CFD simulation of cavitation flow inside a cavitating
venturi using ANSYS CFX. In Transactions of the Korean Nuclear Society Spring
Meeting.
2. Shi, H., Li, M., Nikrityuk, P., & Liu, Q. (2019). Experimental and numerical study of
cavitation flows in venturi tubes: From CFD to an empirical model. Chemical
Engineering Science, 207, 672-687.
 

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