Strömungssimulation zur Optimierung eines Ventils

An das Institut erging der Auftrag eines Ventilherstellers, mit Hilfe der numerischen Strömungssimulation ein Kühlwasserventil zu optimieren. Zielsetzung war die Betätigungskräfte bzw. -momente möglichst gering zu halten. Öffnungs- und Schließvorgang sollten bei jedem Betriebszustand problemlos möglich sein.

Vergleich Simulation mit Messung

Zu Beginn wurden vom Auftraggeber das 3D-Model eines Prototypen mit den dazugehörigen Messwerten sowie zwei mögliche Varianten übermittelt. Die Berechnung erfolgte mit einem unstrukturierten Gitter, bestehend aus 3,5 Mio. Elementen / 1,3 Mio. Knoten und einer fein aufgelösten Randschicht. Um eine vollständige Kennlinie zu erhalten, mussten pro Druckdifferenz 10 Schieberpositionen berechnet werden. Mit der experimentiell ermittelten Kennlinie wurde die numerische Simulation validiert. Es zeigte sich eine sehr gute Übereinstimmung.

Strömungssimulation zur Optimierung eines Ventils: Fein aufgelöste Randschicht des Berechnungsgitters
Strömungssimulation zur Optimierung eines Ventils: Fein aufgelöste Randschicht des Berechnungsgitters

Im Zuge der Auswertung wurden der Verlustbeiwert ζ, der Durchflussbeiwert kv und die auftretenden Kräfte und Momente ermittelt. Einen Unsicherheitsfaktor stellte jedoch der Reibungskoeffizient μ dar; dieser wurde mittels Messwerten validiert.

Ausgehend von den Berechnungsergebnissen konnten nun von Seiten des Institutes mehrere modifizierte Geometrien erarbeitet und simuliert werden. Mit diesen Versionen wurden deutliche Verbesserungen in Bezug auf das hydrodynamische Moment und somit auf die Öffnungs- und Schließtendenz erzielt werden.

Das konstruktiv optimierte CFD-Simulationsergebnis des Kühlwasserventils
Das konstruktiv optimierte CFD-Simulationsergebnis des Kühlwasserventils

Optimierung des Ventils übertraf die definierten Ziele

Die viel versprechenden Ergebnisse führten zu einem Folgeauftrag zur Weiterentwicklung der vom Institut optimierten Version. Mit dieser Weiterentwicklung wurden die ursprünglich definierten Ziele sogar übertroffen.

SAVE THE DATE

NEUER TERMIN

WAS: 24. Praktikerkonferenz "Pumpen in der Verfahrenstechnik"

WANN: 07. - 09. September 2020

WO: Congress Graz, Österreich

[Info & Anmeldung...]

24. Praktikerkonferenz Pumpen in der Verfahrenstechnik

 

Die Praktikerkonferenz auf XING.

Wir erfüllen die Normen & Standards

  • IEC 60193: Hydraulic turbines, storage pumps and pump-turbines – Model acceptance tests
  • IEC 60534: Industrial-process control valves
  • ISO 9906: Rotodynamic pumps  Hydraulic performance acceptance tests
  • IEC 60041: Field acceptance tests to determine the hydraulic performance of hydraulic turbines, storage pumps and pump-turbines
  • IEC 62006: Hydraulic machines – Acceptance tests of small hydroelectric installations

Die obige Aufzählung ist ein Auszug. Für die Erfüllung von anderen Normen fragen Sie bitte bei uns an.