Saugleitungsmodellierung einer Axialkolbenpumpe unter Berücksichtigung von Fluid-Struktur-Interaktion (FSI)
Aufgabe/Zielsetzung
Einfluss von Wandsteifigkeit und freiem Luftvolumen-anteil auf die Schallgeschwindigkeit in der Saugleitung Anhebung der Grenzdrehzahl durch Minderung der Kavitationsneigung
Prinzipbedingt weisen die in der Hydraulik stark verbreiteten Axialkolbenpumpen eine hohe Druckpulsation auf. Durch die Verwendung viskoelastischer Saugleitungsmaterialien lassen sich die Saugdruckpulsation und die damit verbundene Gaskavitation verringern. Ein besseres Verständnis der physikalischen Vorgänge in der Ansaugströmung ist Voraussetzung einer analytischen Bewertung. Im Fokus stehen die Wechselwirkungen zwischen viskoelastisch deformierbarem Saugschlauch und der pulsierenden, kavitierenden Ansaugströmung. Ziel ist es, wissensbasierte und damit zielgerichtete Maßnahmen zur Verbesserung der Saugcharakteristik zu erarbeiten.
Lösungsweg
Das FSI-Modell (CFD und FEM) der Saugleitung einer Axialkolbenpumpe zusammen mit einem angepassten Gaskavitationsmodell ermöglicht den Zugang zu kopplungsinduzierten Vorgängen. So sind folgende Effekte mit der entwickelten Methodik abbildbar:
Überlagerte Dämpfung (Luft und Schlauch): Gute Über-einstimmung zwischen Simulation und Experiment FSI-Modell und Simulationsergebnisse
- Frequenzabhängige Dämpfung der Druckpulsation durch das Schlauchmaterial
- Teilreflexionen aufgrund plötzlicher Impedanzänderung an Verbindungsstellen
- Anwachsen des freien Luftanteils durch periodisches Unterschreiten des Sätti-gungsdruckes
Dies bildet die Grundlage für sehr gute Übereinstimmungen des mit FSI-Ansatz berechneten Druckfeldes mit den Druckmessungen.
Die präsentierten Forschungsarbeiten erfolgten innerhalb des Projektes "Saugleitungsmodellierung einer Axialkolbenpumpe unter Berücksichtigung von Fluid‑Struktur‑Interaktion" (Förderkennzeichen 702690). Die Autoren danken dem Forschungsfonds Fluidtechnik im VDMA für die Förderung und freundliche Unterstützung.