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Quantitative characterization of volume of cavities in hydrodynamic cavitation device using computational fluid dynamics
Caracterização quantitativa do volume de cavidades em um dispositivo de cavitação hidrodinâmica usando dinâmica de fluidos computacional
Registro en:
10.5902/2236117062707
Autor
Soeira, Thiago Vinicius Ribeiro
Junior, Guilherme Barbosa Lopes
Poleto, Cristiano
Gonçalves, Julio Cesar de Souza Inácio
Institución
Resumen
Hydrodynamic cavitation has been extensively studied for its potential to remove emerging pollutants. Despite the advance of the experimental studies involving this phenomenon, computational studies that evaluate the influence of the geometry of the cavitation devices on the flow parameters are still necessary. The purpose of this article was to evaluate the influence of the change in the geometry of a Venturi device on the volume of cavities formed in its divergent section using Computational Fluid Dynamics (CFD). The geometric parameters modified in the Venturi were: the diffuser angle and the relation between the height and the width of the throat (h/w). The volume of cavities is an important parameter because it influences the cavitation intensity. A cavitational bench system was constructed in order to obtain input data for simulation. The results showed that the increase in the diffuser angle from 6.5° to 18.5° gradually reduced the volume of cavities from 93 mm3 to 10 mm3. Between the relations h/w = 0.05 and h/w = 0.45 was observed the formation of cavities between 106 mm3 and 77 mm3, however between h/w = 0.45 and h/w = 1.0 there was the formation of 213 mm3. Therefore, Venturi’s with diffuser angle less than 6.5º and relation h/w greater than 0.45 produce greater volume of cavities. The greater volume of cavities will not necessarily produce greater cavitational intensity, since cavitation clouds can be formed and reduce the implosion intensity of the cavitation bubbles. A cavitação hidrodinâmica tem sido amplamente estudada por seu potencial em remover poluentes emergentes. Apesar do avanço dos estudos experimentais envolvendo este fenômeno, ainda são necessários estudos computacionais que avaliem a influência da geometria dos dispositivos de cavitação nos parâmetros de escoamento. O objetivo deste artigo foi avaliar, por meio da Dinâmica de Fluidos Computacional (CFD), a influência da mudança da geometria de um dispositivo de Venturi sobre o volume de cavidades formadas em sua seção divergente. Os parâmetros geométricos modificados no Venturi foram: o ângulo divergente e a relação entre a altura e a largura da garganta (h/w). O volume das cavidades é um parâmetro importante porque influencia a intensidade da cavitação. Um sistema de bancada cavitacional foi construído a fim de obter dados de entrada para simulação. Os resultados mostraram que o aumento do ângulo divergente de 6,5° para 18,5° reduziu gradativamente o volume das cavidades de 93 mm3 para 10 mm3. Entre as relações h/w = 0,05 e h/w = 0,45 observou-se a formação de cavidades entre 106 mm3 e 77 mm3, porém entre h/w = 0,45 e h/w = 1,0 ocorreu a formação de 213 mm3. Portanto, Venturi's com ângulo divergente menor que 6,5º e relação h/w maior que 0,45 produzem maior volume de cavidades. O maior volume de cavidades não necessariamente produzirá maior intensidade cavitacional, uma vez que nuvens de cavitação podem se formar e reduzir a intensidade de implosão das bolhas de cavitação.