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Pumpen-Rohrleitungssysteme

CFD-Simulation gegen pulsierende Fluids

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Reibungsmodelle auf dem Prüfstand

Diese Berechnungen dienen zur Optimierung der Pulsationsdämpfung und Rohrleitungsdimensionierung, um so typische Probleme wie Ermüdungsschäden an Rohrleitungen und anderen Komponenten zu verhindern. Dabei ist eine eindimensionale CFD-Simulation meist der beste Kompromiss zwischen Genauigkeit und Rechenzeit. Die Navier-Stokes-Gleichungen, welche die Fluiddynamik vollständig beschreiben, lassen sich für große und komplexe Systeme aufgrund der dafür benötigten Rechenzeit nicht direkt lösen. Deshalb sind einige Annahmen und Vereinfachungen nötig, um Gleichungen zu erhalten, welche die physikalischen Vorgänge im Pumpen-Rohrleitungssystem noch in guter Näherung beschreiben. Zugleich müssen sie auch im Falle eines sehr langen und komplexen Leitungssystems schnell vom Computer gelöst werden. Bei diesem notwendigen Vereinfachungsprozess geht die Information über die innere Reibung im Fluid, die ursprünglich in den vollständigen physikalischen Gleichungen enthalten war, verloren und muss im Anschluss wieder ‚künstlich‘ hinzugefügt werden. Das kann mit verschiedenen Modellierungsansätzen erfolgen. In jüngster Zeit hat Lewa den Fokus auf die Erforschung, Untersuchung und Validierung der verschiedenen Reibungsmodelle gelegt, um diese in der eindimensionalen CFD-Software zu nutzen. Als Validierungswerkzeug haben die Ingenieure einen komplexen Pulsationsprüfstand konstruiert und gebaut, um Simulationen und Messungen in Echtzeit vergleichen zu können. Somit gibt es einen Gradmesser dafür, wie gut die numerische Vorhersage der jeweiligen Modellierungsansätze ist. „Im Versuchsaufbau haben wir eine Lewa-Dosierpumpe vom Typ LDC-M910S in einer Triplex-Konfiguration mit variabler Hublänge zwischen 0 und 15 mm an jedem Pumpenkopf installiert. Die maximale Geschwindigkeit der Pumpen beträgt 420 spm“, erläutert Marco Klinkigt, der verantwortliche Physiker aus der Abteilung Technisches Produktmanagement bei Lewa. Der absolute Förderdruck ist im Bereich zwischen 1 und 146 bar anpassbar. Der Druck-Zeitverlauf lässt sich während des Betriebs an vielen verschiedenen Positionen messen. Die Länge der Leitung zwischen dem Sammelrohr und dem Behälter ist variabel von 20 auf bis zu 80 m anpassbar. Der Rohrleitungsverlauf kann so durch Öffnen oder Schließen der Ventile modifiziert und Resonatoren sowie Dämpfervorrichtungen an verschiedenen Stellen installiert werden.

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