Discharge Coefficients of a Heavy Suspension Nozzle

Abstract

The suspensions used in heavy vehicles often consist of several oil and two gas chambers. In order to perform an analytical study of the mass flow transferred between two gas chambers separated by a nozzle, and when considering the gas as compressible and real, it is usually needed to determine the discharge coefficient of the nozzle. The nozzle configuration analyzed in the present study consists of a T shape, and it is used to separate two nitrogen chambers employed in heavy vehicle suspensions. In the present study, under compressible dynamic real flow conditions and at operating pressures, discharge coefficients were determined based on experimental data. A test rig was constructed for this purpose, and air was used as working fluid. The study clarifies that discharge coefficients for the T shape nozzle studied not only depend on the pressure gradient between chambers but also on the flow direction. Computational Fluid Dynamic (CFD) simulations, using air as working fluid and when flowing in both nozzle directions, were undertaken, as well, and the fluid was considered as compressible and ideal. The CFD results deeply helped in understanding why the dynamic discharge coefficients were dependent on both the pressure ratio and flow direction, clarifying at which nozzle location, and for how long, chocked flow was to be expected. Experimentally-based results were compared with the CFD ones, validating both the experimental procedure and numerical methodologies presented. The information gathered in the present study is aimed to be used to mathematically characterize the dynamic performance of a real suspension.

Estudio del coeficiente de rigidez y de amortiguación de una suspensión neumática multicámara

“…(a) Flujo del depósito grande al pequeño. (b) Flujo del depósito pequeño a grande, Rio-Cano et al [4]. ........................................................... Figura 4.13: Contornos de velocidad de todos los casos de CFD estudiados en tres instantes, 0.02, 0.5 y 1 segundo.…”

“…La primera y segunda fila, representan la evolución del fluido cuando el flujo pasa del depósito G-a-P, las respectivas presiones iniciales aguas arriba / aguas abajo son 0.4 MPa -0.1 MPa y 1.1 MPa-0.1 MPa. En la tercera y cuarta fila, se caracterizan los dos casos en los que el caudal pasa del depósito P-a-G, siendo las presiones iniciales aguas arriba / aguas abajo de 0.6 MPa -0.1 MPa y 1.2 MPa -0.4 MPa, respectivamente, Rio-Cano et al [4]. .......... Figura 5.1: Vista esquemática del Cilindro de Suspensión Amortiguada objeto de estudio, en su composición de 2 cámaras de Nitrógeno, con la tobera de ensayo integrada.…”

“…Durante los desplazamientos alternativos de la suspensión, el aceite y el gas fluyen hacia arriba y hacia abajo entre dos cámaras de desplazamiento de suspensión suave en tales dispositivos. La Figura 4.1, Rio-Cano et al [4], presenta un consecutivas a menudo separadas por una o varias toberas o válvulas, lo que genera característica esquema típico de suspensión para vehículo pesado, donde se pueden observar varias cámaras de aceite y varias cámaras de gas.…”

“…El coeficiente de descarga se define como  dt C m / m , donde m caracteriza el flujo másico real que fluye a través de la boquilla y t m , caracteriza el flujo másico teórica utilizando las ecuaciones teóricas sencillas. Para la configuración de suspensión presentada en la Figura 4.1, Rio-Cano et al [4], las cámaras de gas constan de un volumen constante y de un volumen variable. A menudo el Gas compresible es nitrógeno y fluye de una cámara a la otra a través de una boquilla paso estrecho de sección transversal constante.…”

“…La Figura 4.4, presenta una vista esquemática de los dos depósitos en sección con los diferentes transductores empleados. El banco de pruebas consta de un cilindro de doble efecto, que se emplea para desplazar la válvula de obturación ubicada dentro del depósito grande, ver Figura 4.4, Rio-Cano et al [4]. Cuando esta válvula está cerrada, evita que el fluido fluya entre los dos depósitos que permiten presurizar cada uno de ellos de forma independiente.…”