当液体中因流体动力学导致局部静压下降到蒸气压以下而形成气泡时,就会产生气蚀现象。气泡的存在时间通常很短,在压力升高时会破裂。气蚀现象会产生噪音和振动,造成结构的磨损和破坏,从而导致性能下降。

气蚀现象会对相关的流体产品造成不良影响,包括:

  • 泵(正位移)
  • 喷油嘴
  • 阀门
  • 压缩机
  • 涡轮增压器
  • 螺旋桨推进器(以及其它海事装置)
  • 溢洪道

然而,在可控情况下,气蚀现象也会变得有用,例如:

  • 超声波设备(震波碎石)
  • 清洁表面用的气穴喷嘴
  • 低阻鱼雷及船壳

在设计过程及早发现气蚀现象,避免设计返工。但是,气蚀现象在物理测试中通常很难被发现,除非情况极度严重导致产生非常明显的噪音和振动。即便如此,也很难断定这些噪音和振动是否为气蚀现象造成。许多计算流体动力学 (CFD) 软件都难以预测气蚀现象,因为它们无法考虑结构组件的运动,且无法将流体分析与其它物理分析进行耦合(而这往往是精确仿真所必需的),同时只能提供少量甚至无法提供可用模型。如果没有准确的预测,用户便无法有效地优化设计,设置操作参数和限制,最终产品可能会发生意料之外的振动乃至损坏。

精准仿真可让您的工程团队对备选产品和工艺设计进行快速评估,从而在竞争激烈、时间紧张的环境中提高效率、可靠性、安全性和耐用性。ANSYS CFD 解决方案可提供快速精确气蚀现象分析的基础模块。ANSYS 具有良好的动态或动力网格划分能力,可以对经常面临气蚀现象困扰的叶轮等动力部件进行精确仿真。ANSYS CFD 解决方案可轻松预测流体与结构之间的相互作用,而它们之间的相互作用是这类设备最重要的特征之一。最后,ANSYS 还能提供精确的多相建模能力,包括大量可选的气蚀现象和湍流子模型,从而通过针对不同的设备寻找最佳的匹配模型,以最大限度地提高精度。气蚀现象在计算流体动力学应用中必须正确处理。

气蚀现象:不容出错的关键应用

泵的气蚀现象

ANSYS Fluent 对内齿轮油泵的油量进行仿真,结果显示了齿轮组上的气蚀(红色)范围。