Desarrollo de un Enfoque Numérico para la Simulación CFD de una Bomba de Engranaje bajo Condiciones de Operación Reales
Autores: Orlandi, Francesco; Muzzioli, Gabriele; Milani, Massimo; Paltrinieri, Fabrizio; Montorsi, Luca
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Desarrollo de un Enfoque Numérico para la Simulación CFD de una Bomba de Engranaje bajo Condiciones de Operación Reales
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Complejidad geométrica
Gradientes de alta presión
Bombas de engranaje
Simulación CFD
Contacto entre dientes
Técnicas de malla dinámica
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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Citaciones: Sin citaciones
La complejidad geométrica y los altos gradientes de presión que caracterizan el diseño del campo de flujo de las bombas de engranaje hacen que sea muy difícil obtener una simulación CFD precisa del componente. Por lo general, se hacen suposiciones tanto en términos de características geométricas como de física que se incluyen en el análisis. El contacto entre los dientes, que es un factor clave para el correcto funcionamiento de estas bombas, representa un desafío crítico en las simulaciones CFD en 3D, principalmente debido a los límites intrínsecos de las técnicas de malla dinámica que difícilmente pueden gestionar de manera efectiva un punto de separación cero o cercano a cero que se forma durante la rotación del engranaje. La complejidad geométrica y los altos gradientes de presión que caracterizan el campo de flujo de la bomba de engranaje hacen que un análisis CFD sea bastante difícil, y el contacto entre los dientes del engranaje suele evitarse, siendo así una característica extremadamente importante. En este documento, se consideró una bomba de engranaje compuesta por tuberías de entrada y salida, y el contacto entre los dientes del engranaje se modeló de dos maneras diferentes, una donde se implementa efectivamente y otra donde se evita utilizando distanciamiento y una modificación adecuada de la carcasa. Aquí se propone una nueva metodología para la aplicación del método de malla dinámica en el entorno de Simcenter STAR-CCM+ utilizando una técnica de remallado adaptativo. La metodología propuesta se compara con el método alternativo de malla superpuesta disponible en el software. El nuevo método de malla se implementa utilizando un enrutamiento de usuario que reproduce la geometría real de los engranajes mientras rotan durante la operación de la bomba, con el contacto de los dientes incluido. La rutina se optimiza para limitar el esfuerzo computacional adicional y el tiempo necesario para el proceso de remallado. Los resultados que se pueden obtener utilizando los dos enfoques de malla para la bomba de engranaje se comparan en términos de esfuerzo computacional y la precisión de los resultados. Los dos métodos mostraron resultados opuestos en casi todos los resultados reportados, siendo el método de malla superpuesta más preciso en la evaluación de la presión radial y el método dinámico más confiable en la extensión de la nube de cavitación/aeración.
Descripción
La complejidad geométrica y los altos gradientes de presión que caracterizan el diseño del campo de flujo de las bombas de engranaje hacen que sea muy difícil obtener una simulación CFD precisa del componente. Por lo general, se hacen suposiciones tanto en términos de características geométricas como de física que se incluyen en el análisis. El contacto entre los dientes, que es un factor clave para el correcto funcionamiento de estas bombas, representa un desafío crítico en las simulaciones CFD en 3D, principalmente debido a los límites intrínsecos de las técnicas de malla dinámica que difícilmente pueden gestionar de manera efectiva un punto de separación cero o cercano a cero que se forma durante la rotación del engranaje. La complejidad geométrica y los altos gradientes de presión que caracterizan el campo de flujo de la bomba de engranaje hacen que un análisis CFD sea bastante difícil, y el contacto entre los dientes del engranaje suele evitarse, siendo así una característica extremadamente importante. En este documento, se consideró una bomba de engranaje compuesta por tuberías de entrada y salida, y el contacto entre los dientes del engranaje se modeló de dos maneras diferentes, una donde se implementa efectivamente y otra donde se evita utilizando distanciamiento y una modificación adecuada de la carcasa. Aquí se propone una nueva metodología para la aplicación del método de malla dinámica en el entorno de Simcenter STAR-CCM+ utilizando una técnica de remallado adaptativo. La metodología propuesta se compara con el método alternativo de malla superpuesta disponible en el software. El nuevo método de malla se implementa utilizando un enrutamiento de usuario que reproduce la geometría real de los engranajes mientras rotan durante la operación de la bomba, con el contacto de los dientes incluido. La rutina se optimiza para limitar el esfuerzo computacional adicional y el tiempo necesario para el proceso de remallado. Los resultados que se pueden obtener utilizando los dos enfoques de malla para la bomba de engranaje se comparan en términos de esfuerzo computacional y la precisión de los resultados. Los dos métodos mostraron resultados opuestos en casi todos los resultados reportados, siendo el método de malla superpuesta más preciso en la evaluación de la presión radial y el método dinámico más confiable en la extensión de la nube de cavitación/aeración.