Cavitación: introducción
La cavitación es el fenómeno por el que se generan cavidades de vapor, que son pequeñas zonas libres de líquido en su mayor parte como, por ejemplo, burbujas o vacíos, en un líquido debido al desequilibrio de las fuerzas dinámicas locales. Normalmente, se produce cuando un líquido se somete a cambios rápidos de presión en condiciones isotérmicas. Por ejemplo, si la presión cae por debajo de un umbral (presión de vapor de saturación), el líquido se rompe y forma cavidades de vapor, mientras los vacíos implosionan (contracción de burbujas) y generan ondas expansivas intensas cuando las burbujas de vapor están sujetas a una presión superior a la presión umbral.
Para un flujo de líquido, la tendencia de cavitar se caracteriza por el número de cavitación, que se proporciona a continuación:
ecuación 2.157
donde p es el valor absoluto de la presión de referencia de flujo, como la presión de entrada; p
v es la presión de vapor de saturación, que es una propiedad del material que depende de la temperatura y la presión; el denominador representa el cabezal dinámico de flujo en el que ρ
l es la densidad del líquido y U
∞ es la velocidad de la corriente libre. Por lo tanto, la
ecuación 2.157 indica que a medida que el número de cavitación disminuye, es más probable que un flujo de líquido tienda a la cavitación.
Se pueden producir flujos de cavitación constantes e inestables en muchos sistemas de ingeniería de fluido, tales como inyectores de carburante, bombas de líquido, propulsores, impulsores, hidroplanos, cojinetes hidrostáticos y válvulas biológicas del corazón. La cavitación con frecuencia no es deseable. Puede provocar una degradación significativa del rendimiento, como se manifiesta por la reducción del caudal de masa, la elevación inferior del cabezal en bombas, la asimetría de la carga, la vibración y el ruido. La cavitación también causa daños físicos en un dispositivo debido al impacto de las burbujas sobre las superficies que, en última instancia, puede afectar a la integridad estructural. Para minimizar la cavitación o tener en cuenta su presencia, se debe ser consciente de la existencia y el alcance de la cavitación durante las etapas iniciales del diseño. Por lo tanto, es importante en CFA proporcionar una capacidad de cavitación del modelado precisa y fiable. Creo Flow Analysis ofrece un módulo completo de cavitación junto con herramientas personalizadas (plantillas) para la simulación de flujos de cavitación que aparecen en una amplia gama de sistemas de fluidos.
En este tema se describe la teoría del modelado y los modelos de cavitación que se utilizan en
Creo Flow Analysis. También se describen los parámetros y la configuración del modelo, el flujo de trabajo y las cantidades de postproceso. Puesto que la cavitación es un proceso de cambio térmico entre las fases líquido y vapor, se modela como una transferencia de masa de interfaz en flujos multifase. Sin embargo, en
Creo Flow Analysis, la cavitación se modela independientemente del módulo
Multifase. Para acceder a este módulo, siga los pasos que se muestran a continuación:
1. Pulse en
Módulo de física (Physics Module). Se abre el cuadro de diálogo
Selección de modelo físico (Physical Model Selection).
2. Seleccione el módulo en Módulos disponibles (Available Modules). En el árbol de Flow Analysis, en Física (Physics), se ha añadido Cavitation.
Consulte más abajo para obtener una descripción de los elementos del módulo Cavitation:
• Definiciones: términos que se utilizan en el módulo de cavitación.
• Física: definiciones, terminología, constantes, modelos y métodos que se utilizan en el modelado de cavitación.
• Condiciones: especificación de condiciones para entidades, tales como límites, interfaces, volúmenes y salidas del módulo.
• Valores numéricos y convergencia: parámetros y modelos que controlan la solución numérica.
• Variables de salida: creación de expresiones para especificar condiciones y postproceso asociado con la cavitación.
