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Pumpen-Rohrleitungssysteme

CFD-Simulation gegen pulsierende Fluids

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Zu hohe ‚peak to peak‘ Druckpulsation und falsches Abklingverhalten

Der Vergleich zwischen den Messreihen zeigt deutlich, dass das instationäre Reibungsmodell eine qualitativ und quantitativ bessere Übereinstimmung mit den Messergebnissen liefert, wobei vor allem zwei Dinge auffällig sind: Wenn das stationäre Reibungsmodell verwendet wurde, war der Wert der Peak-to-peak-Druckpulsation (pmax[t] - pmin[t]) in nahezu allen betrachteten Fällen zu groß. In einigen Fällen wurde sogar eine Abweichung von mehr als 200 Prozent beobachtet. „Während der Design-Phase kann die Verwendung eines solchen Modells manchmal zur Auswahl von unwirtschaftlich großen Dämpfern oder Resonatoren sowie zum unnötigen Einbau von Blenden in der Leitung führen“, gibt Klinkigt zu bedenken.

Ein anderer signifikanter Unterschied zwischen den Simulationsergebnissen ist das Abklingverhalten der initialen Ankoppeldruckspitze. Aufgrund der Kompressibilität des Fluids öffnen sich die Ventile am Pumpenkopf mit einer gewissen Verzögerung. Sind die Ventile schließlich offen, hat der Kolben schon eine gewisse Geschwindigkeit. Die Ankopplung zwischen dem Fluid in der Leitung und dem Fluid im Pumpenkopf kann dann sehr hart sein und zu den sogenannten initialen Ankoppeldruckspitzen führen. Die Simulation mit dem instationären Reibungsmodell reproduziert nahezu dasselbe Abklingverhalten wie die Messergebnisse. Das stationäre Reibungsmodell zeigt ein Abklingverhalten, das viel zu langsam ist.

Während beim stationären Reibungsmodell in vielen Testmessungen eine deutlich schlechtere Übereinstimmung beobachtet wurde, zeigen die Ergebnisse der Simulationen mit dem instationären Reibungsmodell eine sehr gute Übereinstimmung mit den Messwerten. Das Resümee von Klinkigt ist somit klar: „Instationäre Reibungsmodelle in eindimensionalen CFD-Berechnungen zeigen sehr gute Übereinstimmung mit den Messergebnissen und helfen unnötige, unwirtschaftliche oder im schlimmsten Fall überflüssige Maßnahmen zur Verringerung der Druckpulsation zu vermeiden.“

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