Analisis CFD Campuran Aliran Air Di Dalam Paip Siku Buttweld: Perbandingan Reka Bentuk Bermata Tajam dan Bermata Biasa

pengenalan

Paip siku adalah komponen penting dalam sistem paip, membolehkan perubahan arah dalam aliran bendalir. Namun begitu, reka bentuk mereka memberi kesan ketara kepada dinamik aliran, penggunaan tenaga, dan integriti struktur sistem. Kajian ini memfokuskan kepada Dinamik Bendalir Pengiraan (CFD) analisis aliran air di dalam dua jenis paip siku buttweld: satu dengan tepi tajam dan yang lain dengan tepi biasa. Matlamatnya adalah untuk membandingkan tingkah laku aliran, pengagihan tekanan, magnitud halaju, dan ciri-ciri pergolakan dalam kedua-dua reka bentuk untuk menentukan paip siku yang berprestasi lebih baik.

Analisis dijalankan menggunakan a 2model D dicipta dalam SolidWorks, berjalin dengan GAMBIT, dan disimulasikan dalam ANSYS Fasih. Dengan mengekalkan semua syarat yang sama untuk kedua-dua kes, kajian ini memberikan perbandingan yang saksama bagi kedua-dua reka bentuk. Hasilnya mendedahkan perbezaan ketara dalam ciri aliran, kecekapan tenaga, dan potensi risiko kegagalan, mengutamakan paip siku bermata biasa sebagai reka bentuk unggul.

Metodologi

1. Permodelan dan Geometri

• Penciptaan Geometri:
  • Dua reka bentuk paip siku telah dicipta dalam SolidWorks:
    • Paip Siku Bermata tajam: Mempunyai peralihan mendadak di sudut.
    • Paip Siku Bermata Biasa: Ciri-ciri licin, peralihan bulat.
  • Model telah dieksport sebagai fail IGES untuk pemprosesan selanjutnya.
• Dimensi:
  • Diameter paip: 100 mm.
  • Sudut siku: 90°.
  • Ketebalan dinding: 5 mm.

2. Penjanaan Mesh

• Alat Meshing: GAMBIT digunakan untuk menjana jaringan pengiraan.
• Jenis Mesh:
  • Mesh berstruktur dengan elemen segiempat untuk ketepatan yang lebih baik.
  • Jaringan yang lebih halus berhampiran dinding untuk menangkap kesan lapisan sempadan.
• Kualiti Mesh:
  • Nisbah aspek dan kecondongan telah dioptimumkan untuk memastikan kestabilan berangka.
  • Jumlah bilangan elemen: ~50,000 untuk setiap model.

3. Persediaan Simulasi

• Penyelesai: ANSYS Fasih digunakan untuk simulasi CFD.
• Keadaan Aliran:
  • Cecair: air.
  • Jenis aliran: Keadaan mantap, tidak boleh mampat.
  • Halaju masuk: 2 m/s.
  • Outlet: Salur keluar tekanan (0 Tekanan tolok pa).
  • dinding: Keadaan sempadan tidak tergelincir.
• Model Pergolakan:
  • model pergolakan k-ε telah dipilih kerana keteguhannya dalam mensimulasikan aliran bergelora.
• Kriteria Penumpuan:
  • Sisa untuk kesinambungan, momentum, dan persamaan pergolakan ditetapkan kepada 10^-6.

Keputusan dan Perbincangan

Keputusan daripada analisis CFD dibentangkan di bawah, membandingkan paip siku bermata tajam dan paip siku bermata biasa dari segi jumlah tekanan, magnitud halaju, dan tenaga kinetik pergolakan. Penemuan diringkaskan dalam jadual dan dibincangkan secara terperinci.

1. Jumlah Taburan Tekanan

Pemerhatian:

• Paip Siku Bermata tajam:
  • Ketara zon tekanan rendah (bangun) diperhatikan berhampiran tepi tajam.
  • Pemisahan aliran berlaku disebabkan oleh perubahan mendadak dalam geometri, membawa kepada kehilangan tenaga.
  • Kuasa pengepaman yang lebih tinggi diperlukan untuk mengatasi kerugian ini.
• Paip Siku Bermata Biasa:
  • Pengagihan tekanan lancar tanpa bangun yang ketara.
  • Aliran tetap melekat pada dinding, mengurangkan penggunaan tenaga.

Implikasi:

• Reka bentuk bermata tajam meningkatkan kos tenaga dan mengurangkan kecekapan sistem.
• Reka bentuk bermata biasa adalah lebih cekap tenaga dan kurang terdedah kepada kegagalan akibat aliran.

2. Magnitud Halaju

Pemerhatian:

• Paip Siku Bermata tajam:
  • Variasi halaju tinggi diperhatikan, terutamanya berhampiran tepi tajam.
  • Pemisahan aliran menyebabkan pengagihan halaju tidak sekata, meningkatkan risiko getaran dan bunyi bising.
  • Kawasan halaju tinggi membawa kepada kepekatan tegasan, yang boleh mengakibatkan retak lama kelamaan.
• Paip Siku Bermata Biasa:
  • Pengagihan halaju lebih seragam.
  • Kawasan kecil berkelajuan tinggi telah diperhatikan di salur masuk disebabkan oleh sedikit penyelewengan geometri, tetapi ia cepat stabil.
  • Variasi halaju yang dikurangkan meminimumkan kepekatan tegasan dan bunyi.

Implikasi:

• Reka bentuk bermata tajam lebih terdedah kepada kegagalan struktur dan ketidakcekapan operasi.
• Reka bentuk bermata biasa memastikan aliran yang lebih lancar dan ketahanan yang lebih baik.

3. Tenaga Kinetik Pergolakan (TKE)

Pemerhatian:

• Paip Siku Bermata tajam:
  • Paras pergolakan yang tinggi diperhatikan berhampiran tepi tajam.
  • Pergolakan menyebabkan corak aliran tidak sekata, meningkatkan kemungkinan hakisan dan pemakaian material.
• Paip Siku Bermata Biasa:
  • Tahap pergolakan adalah jauh lebih rendah.
  • Peralihan yang lancar mengurangkan penjanaan pergolakan, meningkatkan kestabilan aliran.

Implikasi:

• Reka bentuk bermata tajam mempercepatkan haus dan lusuh, mengurangkan jangka hayat paip.
• Reka bentuk bermata biasa meminimumkan pergolakan, memastikan kebolehpercayaan jangka panjang.

4. Pemisahan Aliran dan Bangun

Pemerhatian:

• Paip Siku Bermata tajam:
  • Pemisahan aliran berlaku di tepi tajam, mencipta zon peredaran semula.
  • Zon ini meningkatkan kehilangan tenaga dan memerlukan kuasa pengepaman yang lebih tinggi.
• Paip Siku Bermata Biasa:
  • Aliran kekal melekat pada dinding di seluruh siku.
  • Tiada zon peredaran semula yang ketara diperhatikan.

Implikasi:

• Reka bentuk bermata tajam menjejaskan kecekapan aliran dan meningkatkan kos operasi.
• Reka bentuk bermata biasa memastikan aliran lancar, mengurangkan penggunaan tenaga.

Perbandingan Kecekapan Tenaga

Paip siku bermata tajam memerlukan lebih banyak kuasa mengepam kerana kehilangan tenaga yang lebih tinggi disebabkan oleh pengasingan aliran dan pergolakan. Paip siku bermata biasa, dengan ciri-ciri alirannya yang lebih lancar, adalah lebih menjimatkan tenaga.

Integriti Struktur dan Implikasi Reka Bentuk

1. Kepekatan Tekanan

• Reka bentuk bermata tajam mencipta kawasan tekanan tinggi disebabkan oleh variasi halaju dan pergolakan, meningkatkan risiko keretakan dan kegagalan bahan.
• Reka bentuk bermata biasa mengurangkan kepekatan tekanan, meningkatkan ketahanan.

2. Bunyi dan Getaran

• Reka bentuk bermata tajam menjana corak aliran tidak sekata, membawa kepada bunyi dan getaran yang boleh menjejaskan prestasi sistem.
• Reka bentuk bermata biasa memastikan operasi yang lebih senyap dan lancar.

Kesimpulan

The analisis CFD aliran air di dalam paip siku buttweld mendedahkan bahawa paip siku bermata biasa mengatasi prestasi paip siku bermata tajam dari segi kecekapan aliran, penggunaan tenaga, dan integriti struktur. Penemuan utama termasuk:

1. Jumlah Tekanan:
   • Reka bentuk bermata tajam mencipta zon tekanan rendah dan bangun, meningkatkan kehilangan tenaga.
   • Reka bentuk bermata biasa mengekalkan pengedaran tekanan yang lancar.
2. Magnitud Halaju:
   • Reka bentuk bermata tajam mempamerkan variasi halaju tinggi, membawa kepada penumpuan tekanan dan potensi kegagalan.
   • Reka bentuk bermata biasa memastikan pengagihan halaju seragam.
3. Tenaga Kinetik Pergolakan:
   • Reka bentuk bermata tajam menjana pergolakan yang tinggi, mempercepatkan haus dan lusuh.
   • Reka bentuk bermata biasa meminimumkan pergolakan, meningkatkan kebolehpercayaan.
4. Kecekapan Tenaga:
   • Reka bentuk bermata biasa memerlukan kurang kuasa pengepaman, mengurangkan kos operasi.
5. Integriti Struktur:
   • Reka bentuk bermata biasa mengurangkan kepekatan tekanan, bunyi bising, dan getaran, memastikan hayat perkhidmatan yang lebih lama.

Syor Akhir:

Untuk aplikasi yang melibatkan aliran cecair, paip siku bermata biasa adalah pilihan terbaik kerana prestasi mereka yang dipertingkatkan, kecekapan tenaga, dan ketahanan. Reka bentuk bermata tajam harus dielakkan untuk meminimumkan ketidakcekapan operasi dan kos penyelenggaraan.

Kerja Masa Depan

1. 3D Simulasi:
   • Panjangkan analisis kepada model 3D untuk ramalan yang lebih tepat.
2. Aliran Berbilang Fasa:
   • Menyiasat kelakuan aliran cecair-pepejal atau gas-cecair.
3. Analisis Bahan:
   • Kaji kesan bahan yang berbeza terhadap hakisan dan haus.
4. Pengesahan Eksperimen:
   • Menjalankan eksperimen fizikal untuk mengesahkan keputusan CFD.

Dengan menangani kawasan ini, maklumat lanjut boleh diperoleh untuk mengoptimumkan reka bentuk paip siku untuk pelbagai aplikasi perindustrian.

Catatan Berkaitan

Tiub bulat hitam ms erw pelbagai fungsi

Paip ERW BLACK. Rintangan Elektrik Dikimpal (ERW) Paip dihasilkan daripada Gegelung Gelek Panas / Celah. Semua gegelung yang masuk disahkan berdasarkan sijil ujian yang diterima daripada kilang keluli untuk sifat kimia dan mekanikalnya. Paip ERW dibentuk sejuk menjadi bentuk silinder, tidak berbentuk panas.

ERW paip keluli bulat hitam

Paip lancar dihasilkan dengan menyemperit logam ke panjang yang dikehendaki; oleh itu paip ERW mempunyai sambungan dikimpal pada keratan rentasnya, manakala paip lancar tidak mempunyai sebarang sambungan pada keratan rentasnya sepanjang panjangnya. Dalam paip lancar, tiada kimpalan atau sambungan dan dihasilkan daripada bilet bulat pepejal.

Dimensi dan berat Paip lancar mengikut piawaian

The 3 elemen dimensi paip Dimensi Piawaian paip karbon dan keluli tahan karat (ASME B36.10M & B36.19M) Jadual Saiz Paip (Jadual 40 & 80 paip keluli bermakna) Cara Saiz Paip Nominal (NPS) dan Diameter Nominal (DN) Carta Dimensi Paip Keluli (Carta saiz) Jadual Kelas Berat Paip (WGT)

Paip Keluli dan Proses Pembuatan

Paip lancar dihasilkan menggunakan proses menindik, di mana bilet pepejal dipanaskan dan ditebuk untuk membentuk tiub berongga. Paip yang dikimpal, sebaliknya, dibentuk dengan mencantumkan dua tepi plat keluli atau gegelung menggunakan pelbagai teknik kimpalan.

Paip keluli senarai UL

Paip keluli karbon sangat tahan terhadap kejutan dan getaran yang menjadikannya ideal untuk mengangkut air, minyak & gas dan cecair lain di bawah jalan raya. Dimensi Saiz: 1/8″ hingga 48″ / Ketebalan DN6 hingga DN1200: Sch 20, STD, 40, XS, 80, 120, 160, Jenis XXS: Permukaan paip lancar atau dikimpal: Primer, Minyak anti karat, FBE, 2PE, 3Bahan Bersalut LPE: ASTM A106B, A53, API 5L B, X42, X46, X52, X56, X60, X65, Perkhidmatan X70: Memotong, Beveling, Pengulangan, Grooving, Salutan, Galvanizing

Piawaian Antarabangsa ASTM untuk Paip Keluli, Tiub dan Kelengkapan

Spesifikasi ASTM Antarabangsa untuk tiub keluli menyenaraikan keperluan standard untuk dandang dan tiub pemanas super, tiub perkhidmatan am, tiub keluli dalam perkhidmatan penapisan, penukar haba dan tiub pemeluwap, tiub mekanikal dan struktur.