Anwendungsbeispiele: Strömungsmechanik

CFD-Berechnungen mit ANSYS CFX

Druckabfallsberechnung von Pumpenleitungen

Aufgabenstellung

Ziel der rechnerischen Analyse ist die Ermittlung des Druckabfalls von Ansaugleitungen zu verschiedenen Pumpensystemen. Angesaugt wird Öl bei unterschiedlichen Temperaturen von einem Tank. Im Tank herrscht Umgebungsdruck von 1 bar. Um Pumpenkavitation zu vermeiden sind gewisse Mindestdrücke am Eingang der Pumpen erforderlich und deswegen ist der Druckabfall ein entscheidender Parameter für die Konstruktion der Rohrleitungen.

Lösung

Für die beschriebene Aufgabenstellung wurde ein Finite-Volumen-Modell erstellt. Der Fluidraum wurde mit 290000 Knoten und 862000 Zellen vernetzt. Bei einem zäh viskosen Öl ist der Druckabfall größer. Als Randbedingung wurde der gegebene Volumenstrom am Auslass vorgeschrieben. Am Einlass ist der Totaldruck null (relativer Druck). An den Rohrwänden ist die Geschwindigkeit null (no-slip condition) und die hohen Geschwindigkeitsgradienten, die in der Normalrichtung zur Wand auftreten, werden mit entsprechender Netzverfeinerung aufgelöst. Die Berechnung wurde mit dem Programm ANSYS® CFX durchgeführt. Die Strömung ist in diesem Fall laminar und deshalb wurde kein Turbulenzmodell verwendet.

Als Ergebnisse wurde für die verschiedenen Leitungssysteme der Druckabfall zwischen Ein- und Auslass bei Temperaturen zwischen -10° C und 20° C ermittelt. Es konnte festgestellt werden, dass der Druckabfall sehr Temperaturabhängig ist. Bei niedrigen Temperaturen steigt die Viskosität des Öls und damit auch der Druckabfall.

Nutzen für den Kunden

Die Ergebnisse wurden bei der Optimierung der Strömungsverluste vom Kunden benutzt um die Werkzeugkosten in der Konstruktionsphase abzusichern.

Consulting_Flyer_CADFEM_Druckabfallsberechnung_von_Pumpenleitungen.pdf [1.3MB]