مقايسه و انتخاب مناسب مدل‌هاي انتقال جرم براي پيش‌بيني كاويتاسيون در جريان‌هاي داخلي

Comparison of Mass Transfer Models and Proper Model Selection in Anticipation of Cavitation for Internal Flows

با توجه به محدوديت نرم‌افزارهاي موجود تجاري و كد باز در ارايه الگوهاي متنوع و استفاده از مدل‌هاي نوين انتقال جرم در پيش‌بيني پديده كاويتاسيون، سه نمونه از جديدترين مدل‌هاي انتقال جرم، براي بررسي جريان داخلي يكساني مورد بررسي قرار گرفته است. در جايي كه تنها مدل كانز در كد منبع باز اپنفوم وجود دارد، توسعه و اعمال كد مربوط به معادلات مدل‌هاي سينگال و زوارت در اين نرم‌افزار اعمال شده، تاثير همگي اين مدل‌ها در پيش‌بيني پديده كاويتاسيون و نتايج حاصل از آن در مقايسه با نتايج تجربي ارايه شده است. نتايج حاصل از نمونه شبيه‌سازي شده، دقت بالاي مدل‌هاي انتقال جرم كانز، زوارت و سينگال را با خطاي ميانگين كمتر از 5 درصد، و به ترتيب با خطاي متوسط 93/2%، 71/3% و 01/4%، نشان مي‌دهد. بنابراين در اين توسعه كد عددي و مقايسه مدل‌هاي انتقال جرم، نتايج كلي مدل‌هاي كانز و زوارت دقت متوسط بالاتري را در شبيه‌سازي جريان كاويتاسيوني نشان مي‌دهد؛ و با اينكه اولويت قابل توجهي بين مدل‌هاي كانز و زوارت وجود ندارد، ليكن با توجه به نتايج مربوط به كسر حجمي در محل تشكيل اولين توده‌هاي ابري كاويتاسيون، مدل توسعه داده شده زوارت در مقابل مدل موجود كانز مزيت نسبي دارد. همين‌طور استفاده از مدل سينگال با متوسط خطاي بيشتر در كل مقاطع مورد بررسي، نتايج دقيقتري را در موقعيت شكل‌گيري اوليه كاويتاسيون، نسبت به مدل كانز نشان مي‌دهد.

Influences of three prevalent mass transfer models, on modeling of cavitation, are investigated numerically. Two models of Singal and Zwart are implemented in an open source code, Open FOAM, while the Kunz model is available for cavitation modeling. Each model is used to flow simulation through a venturi. Volume of gas fraction, in the specified sections of conduit, is compared to experimental data. High precision numerical results are obtained in compare with experimental data using Kunz, Singhal and Zwart models, which they demonstrate less than 5 percent in relative errors. Kunz, zwart and singhal models, results in 2.93%, 3.71%, 4.01% relative errors respectively, in average. Although, there is not a significant advantage between the averaged results of Kunz and Zwart models, Zwart model represents more precious results in initial position of cavitation appearance, where the Singhal model shows the accurate results too.