بررسی عددی رفتار کاویتاسیون در نازل های مخروطی و همگرا-واگرا

ضربه ایجاد شده در اثر کاویتاسیون حاصل از جت خروجی سیال آب، یک تکنولوژی جدید به منظور تغییر شکل و بهبود بخشیدن سطوح فلزی می باشد. رفتار کاویتاسیون در این فرآیند، شامل پدیده های پیچیده و متغیر فیزیکی نظیر سرعت بالا، فشار بالا، چند فازی بودن، تغییر فاز، توربولانس و ویژگی های ناپایای جریان می باشد. بنابراین رفتار کاویتاسیون و تاثیر توزیع فشار در فرآیند تشکیل کاویتاسیون در جت خروجی آب همیشه به عنوان یک مسئله کلیدی در این زمینه بوده است. عوامل متعددی در وقوع کاویتاسیون دخیل هستند. این عوامل شامل شرایط مرزی جریان، فشار ورودی، سرعت جریان، ویسکوزیته جریان، کشش سطحی و غیره می باشد. در میان این عوامل فشار و کسر حجمی فاز بخار از عوامل قابل توجه هستند. در این پژوهش شبیه سازی عددی به منظور شناسایی ویژگی های میدان جریان در داخل و خارج نازل جت خروجی سیال انجام شده است. در این شبیه سازی از نرم افزار ansys-pre به منظور مدل سازی هندسه جریان استفاده شده است. به منظور حل معادلات حاکم بر جریان و شبیه سازی آن نیز از نرم افزار ansys-cfx استفاده شده است. در این شبیه سازی از مدل توربولانسی استفاده شده است. شبیه سازی در دو حالت نازل مخروطی و نازل همگرا-واگرا انجام شده است و برای نازل همگرا-واگرا تاثیر فشارهای k-e rng ورودی مختلف نیز بررسی شده است. نتایج حاصله نشان دهنده این است که کاویتاسیون می تواند در داخل و خارج نازل مخروطی و همچنین نازل همگرا-واگرا رخ بدهد. در گلوگاه هر دو نازل افت فشار رخ داده و در نازل همگرا-واگرا افت فشار بیشتر بوده و فشار تا مقداری کمتر از مقدار فشار ورودی کاهش می یابد که نشان دهنده تاثیر هندسه نازل بر شدت کاویتاسیون می باشد. این شدت بیشتر کاویتاسیون باعث تشکیل کسر حجمی بخار بیشتری در این نوع نازل شده است. افزایش فشار ورودی باعث سرعت بخشیدن به جریان شده و همچنین باعث افزایش توزیع کسر حجمی بخار که به دنبال آن شدت کاویتاسیون بالاتری را نتیجه می دهد.