Cavitation : introduction
Lors d'un phénomène de cavitation, des cavités de vapeur, qui sont de petites zones, sans liquide pour la plupart, qualifiées de "vides" ou de "bulles", sont générées dans un liquide, suite à un déséquilibre entre les forces dynamiques locales. Cela se produit généralement lorsqu'un fluide est soumis à des modifications rapides de la pression dans des conditions isothermes. Exemple : si la pression descend au-dessous d'un certain seuil (pression de vapeur de saturation), le liquide se désagrège et forme des cavités de vapeur, alors que les vides implosent (effondrement des bulles), et des ondes de choc importantes sont créées lorsque les bulles de vapeur sont soumises à une pression supérieure au seuil.
La tendance à la cavitation d'un liquide est caractérisée par une valeur de cavitation, indiquée ci-dessous :
équation 2.157
où p est la valeur absolue associée à la pression d'écoulement de référence, par exemple la pression d'admission ; p
v représente la pression de vapeur de saturation, qui est une propriété de matériau dépendant de la température et de la pression, et le dénominateur représente la charge dynamique de l'écoulement dans laquelle ρ
l est la densité du liquide et U
∞ est la vitesse d'écoulement libre. Ainsi, selon l'
équation 2.157, plus la valeur de cavitation baisse, plus l'écoulement liquide a tendance à la cavitation.
Des écoulements cavitants stables et instables peuvent apparaître dans de nombreux systèmes d'ingénierie des fluides tels que des injecteurs de carburant, des pompes hydrauliques, des propulseurs, des turbines, des hydroptères, des roulements hydrostatiques et des valves cardiaques. La cavitation est souvent un phénomène indésirable. Elle peut entraîner une dégradation importante des performances, manifestée par des débits massiques réduits, une augmentation plus faible de la charge dans les pompes, une asymétrie de la charge, des vibrations et du bruit. La cavitation peut également endommager physiquement les appareils, suite à l'impact des bulles sur les surfaces. Cela peut compromettre l'intégrité des structures. Pour réduire la cavitation ou tenir compte de sa présence, vous devez déterminer l'existence et l'étendue de la cavitation lors des phases de conception initiales. Par conséquent, il est important de disposer d'une fonctionnalité de modélisation précise et fiable de la cavitation dans CFA. Creo Flow Analysis offre un module complet et des outils personnalisés (modèles) permettant de créer des simulations d'écoulements de cavitation dans un vaste éventail de circuits de fluides.
La présente rubrique décrit la théorie de modélisation et les modèles de cavitation utilisés dans
Creo Flow Analysis. Les paramètres de modèle et les réglages, le processus et les valeurs de post-traitement sont également décrits. Comme la cavitation est un processus de changement thermique entre les phases liquide/vapeur, elle est modélisée sous la forme d'un transfert de masse d'interface dans des écoulements multiphases. Dans
Creo Flow Analysis cependant, la cavitation est modélisée indépendamment du module
Multiphase. Pour accéder à ce module, procédez comme suit :
1. Cliquez sur
Physics Module. La boîte de dialogue
Sélection d'un modèle physique (Physical Model Selection) s'affiche.
2. Sélectionnez le module dans Available Modules. Dans la zone Flow Analysis Tree, sous Physics, la zone Cavitation est ajoutée.
Les éléments du module Cavitation sont décrits ci-après :
• Définitions : termes usités dans le module Cavitation.
• Physique : définitions, terminologie, constantes, modèles et méthodes utilisés dans le module Cavitation.
• Conditions : spécification des conditions relatives aux entités, telles que les frontières, les interfaces, les volumes et les sorties du module.
• Valeurs numériques et convergence : paramètres et modèles contrôlant la solution numérique.
• Variables de sortie : création d'expressions pour la spécification de conditions et le post-traitement associé à la cavitation.
