стохастическое моделирование ранней стадии кавитации в прямоточном клапане
Authors: Капранова А.Б. , Грызунов А.В. , Верлока И.И. , Скурыгин Е.Ф. , Есин Е.А. , Таршис М.Ю. 
Published: January 2025

Применение предупредительных мер в отношении неблагоприятных исходов развитой стадии кавитации способствуют продлению срока службы регулирующего оборудования трубопроводных систем и обеспечению их безаварийных режимов эксплуатации. Исследование механизма протекания ранних стадий гидродинамической кавитации в проточных областях конструкций клапанов позволяет выявить рациональные условия сокращения концентрации образуемых кавитационных пузырьков и дать рекомендации по проектированию данных устройств для выхода на регламентные значения пропускной способности. Моделирование процесса гидродинамической кавитации на ее ранней стадии в новом узле регулирующего клапана «делитель потока - дисковый затвор» выполнено энергетическим методом для случайного процесса Орнштейна-Уленбека. Результат моделирования в виде дифференциальных функций распределения числа пузырей от выделенной характеристики процесса дросселирования потока рабочей жидкости относится к теоретическим основам разработки инженерной методики расчета регулирующего устройства прямоточного типа с поступательным движением дискового затвора. Получено, что в рамках допущений предложенной стохастической модели ранней стадии гидродинамической кавитации (в том числе с учетом физических свойств транспортируемой двухфазной рабочей жидкости) наблюдается сокращение условных диаметров кавитационных пузырей 1,29 раза при переходе от начального этапа операции дросселирования с показателем открытия условного прохода 20 % к конечному этапу, соответствующему полному открытию проточной части. Теоретически установлена целесообразность применения дросселирующих каналов в форме элементов конуса.

The use of preventive measures against unfavorable outcomes of the developed stage of cavitation contributes to the extension of the service life of the control equipment of pipeline systems and ensuring their trouble-free operation. The study of the mechanism of the early stages of hydrodynamic cavitation in the flow areas of valve structures allows us to identify rational conditions for reducing the concentration of formed cavitation bubbles and to give recommendations on the design of these devices to achieve the regulatory values of throughput. Modeling of the hydrodynamic cavitation process at its early stage in a new unit of the control valve "flow divider - butterfly valve" is performed by the energy method for the random Ornstein-Uhlenbeck process. The modeling result in the form of differential functions of the distribution of the number of bubbles from the selected characteristic of the throttling process of the working fluid flow relates to the theoretical foundations of the development of an engineering methodology for calculating a straight-through type control device with a reciprocating motion of the butterfly valve. It was found that within the framework of the assumptions of the proposed stochastic model of the early stage of hydrodynamic cavitation (including taking into account the physical properties of the transported two-phase working fluid), a reduction in the nominal diameters of cavitation bubbles by 1.29 times is observed during the transition from the initial stage of the throttling operation with an opening index of the nominal passage of 20% to the final stage corresponding to the full opening of the flow part. The feasibility of using throttling channels in the form of cone elements has been theoretically established.