Esempio 1

Uno degli utilizzi delle simulazioni CFD per i nostri scopi è quello di consentire una calibrazione più accurata dei modelli dinamici realizzati con la libreria di SmartFluidPower. Di seguito vengono riportati i risultati di alcune simulazioni CFD sulla spola della valvola limitatrice di pressione modellata qui per valutare le interazioni in 3D del flusso con la spola. La valvola è stata inserita in un manifold di test, con portata in ingresso e pressione in uscita imposte e olio ISO-VG 46 a 40°C come fluido: in particolare la figura mostra le distribuzioni di velocità e pressione nel caso di portata 10 l/min e corsa 0.6mm.

Alla geometria della spola originale (STANDARD) vengono aggiunti alle prove 2 geometrie alternative (DESIGN 1 e DESIGN 2): nella prima il piattello originale viene allontanato dal punto di tenuta di 1mm, nella seconda viene ridotto il diametro del piattello di 1.2mm. Tutte le geometrie vengono simulate con la CFD variando la corsa imposta alla spola fino a 1.2mm e la portata fino a 30 l/min: dai risultati si calcolano le forze di flusso nette sulla spola, comprendendo quindi sia quelle dovute all’apertura dell’otturatore, sia quelle dovute alla spinta del flusso sul piattello. La figura seguente mostra le differenze tra le geometrie testate e i risultati di forza di flusso per ciascuna (considerate positive in apertura della spola) in grafici 3D in funzione di corsa e portata.

Il modello virtuale costruito in precedenza era stato simulato considerando un contributo medio delle forze di flusso (attraverso la formulazione teorica e un coefficiente) che risultavano fino ad un massimo di circa -20 N: il segno negativo nella nostra convenzione indica il verso di chiusura dell’otturatore, come è naturale che sia per le forze di flusso. Tuttavia i calcoli precedenti non consideravano la presenza del piattello che, soprattutto nel caso STANDARD, oltre a compensare le naturali forze di flusso, le porta a valori positivi molto più alti (come mostrato dai grafici sopra).

Il modello è stato, quindi, parametrizzato in modo più accurato inserendo i valori ottenuti dalla CFD e sono state ripetute le simulazioni delle curve caratteristiche con rampa di portata per i 4 valori di taratura: i grafici seguenti confrontano i risultati precedenti sulla geometria STANDARD (ottenuti con la formula teorica) con quelli a seguito delle calibrazioni CFD della stessa geometria e delle 2 alternative.

I risultati mostrano come l’influenza del piattello è molto evidente nella geometria standard e modifica radicalmente le performances della valvola rispetto a quelle calcolate senza simulazioni CFD, soprattutto alle tarature più basse: con tarature più alte (quindi forze in gioco maggiori di precarico e rigidezza molla) la differenza tende a ridursi. Inoltre si nota che i 2 design alternativi riducono l’influenza del piattello nella spinta in apertura della spola, infatti tendono ad ‘uscire’ dalla scia del flusso verso l’outlet: come si poteva intuire anche dai risultati simili delle forze di flusso, hanno effetti comparabili e differenze sempre meno evidenti a tarature più alte.

Questi risultati mostrano come una calibrazione accurata del modello virtuale (in questo caso con le simulazioni CFD) può risultare fondamentale nella previsione delle prestazioni di un componente in alcune condizioni operative.