CFD-анализ смеси потоков воды внутри коленчатых труб, сваренных встык: Сравнение дизайнов с острыми и нормальными краями

Введение

Отводы являются важнейшими компонентами трубопроводных систем., обеспечение направленных изменений потока жидкости. Однако, их конструкция существенно влияет на динамику потока, потребление энергии, и структурная целостность системы. Данное исследование фокусируется на Вычислительная гидродинамика (CFD) анализ расхода воды внутри двух типов коленчатых труб, сваренных встык: один с острые края и другой с нормальные края. Цель состоит в том, чтобы сравнить поведение потока., распределение давления, величина скорости, и характеристики турбулентности в обеих конструкциях для определения более эффективного коленчатого патрубка..

Анализ проводился с помощью 2Модель D создано в Солидворкс, в сочетании с ГАМБИТ, и смоделировано в ANSYS Свободное владение. Сохраняя все условия одинаковыми для обоих случаев, исследование обеспечивает справедливое сравнение двух конструкций. Результаты показывают существенные различия в характеристиках потока., энергоэффективность, и потенциальные риски отказа, предпочтение отводу с нормальными краями как превосходной конструкции.

Методология

1. Моделирование и геометрия

• Создание геометрии:
  • Две конструкции коленчатых труб были созданы в Солидворкс:
    • Угловая трубка с острыми краями: Особенности резких переходов в углах..
    • Угловая труба с нормальной кромкой: Особенности гладкие, закругленные переходы.
  • Модели были экспортированы как IGES-файлы для дальнейшей обработки.
• Размеры:
  • Диаметр трубы: 100 мм.
  • Угол локтя: 90°.
  • Толщина стенки: 5 мм.

2. Генерация сетки

• Инструмент создания сетки: ГАМБИТ использовался для создания расчетной сетки.
• Тип сетки:
  • Структурированная сетка с четырехугольными элементами для большей точности.
  • Более мелкая сетка возле стен для отражения эффектов пограничного слоя..
• Качество сетки:
  • Соотношение сторон и асимметрия были оптимизированы для обеспечения числовой стабильности..
  • Общее количество элементов: ~50 000 за каждую модель.

3. Настройка моделирования

• Решатель: ANSYS Свободное владение использовался для моделирования CFD.
• Условия потока:
  • Жидкость: Вода.
  • Тип потока: Устойчивое состояние, несжимаемый.
  • Скорость на входе: 2 РС.
  • Выход: Выход давления (0 Па манометрическое давление).
  • Стена: Граничные условия прилипания.
• Модель турбулентности:
  • модель k-ε турбулентности был выбран из-за его надежности при моделировании турбулентных потоков.
• Критерии сходимости:
  • Остатки непрерывности, импульс, и уравнения турбулентности были установлены на 10^-6.

Результаты и обсуждение

Результаты анализа CFD представлены ниже., сравнение коленчатая труба с острыми краями и коленчатая труба с нормальной кромкой с точки зрения общее давление, величина скорости, и кинетическая энергия турбулентности. Результаты сведены в таблицы и подробно рассмотрены..

1. Распределение общего давления

Наблюдения:

• Угловая трубка с острыми краями:
  • Значительный зоны низкого давления (просыпается) наблюдались вблизи острых краев.
  • Отрыв потока произошел из-за резкого изменения геометрии, приводит к потерям энергии.
  • Для преодоления этих потерь требуется более высокая мощность накачки..
• Угловая труба с нормальной кромкой:
  • Плавное распределение давления без значительных следов.
  • Поток остался прикрепленным к стенам, снижение энергопотребления.

Подразумеваемое:

• Конструкция с острыми краями увеличивает затраты на электроэнергию и снижает эффективность системы..
• Конструкция с нормальными кромками более энергоэффективна и менее подвержена сбоям, вызванным потоком..

2. Величина скорости

Наблюдения:

• Угловая трубка с острыми краями:
  • Наблюдались высокие изменения скорости., особенно возле острых краев.
  • Разделение потока привело к неравномерному распределению скорости., увеличивая риск вибрации и шум.
  • Области высоких скоростей привели к концентрации напряжений, что может привести к трещины через некоторое время.
• Угловая труба с нормальной кромкой:
  • Распределение скорости было более равномерным..
  • На входе наблюдалась небольшая область высоких скоростей из-за небольших геометрических неровностей., но все быстро стабилизировалось.
  • Уменьшение изменений скорости минимизировало концентрацию напряжений и шум..

Подразумеваемое:

• Конструкция с острыми краями более подвержена структурным сбоям и снижению эксплуатационной эффективности..
• Конструкция с нормальными краями обеспечивает более плавный поток и большую долговечность..

3. Кинетическая энергия турбулентности (ТКЕ)

Наблюдения:

• Угловая трубка с острыми краями:
  • Возле острых краев наблюдался высокий уровень турбулентности..
  • Турбулентность вызвала неравномерность потока, увеличение вероятности эрозия и износ материала.
• Угловая труба с нормальной кромкой:
  • Уровень турбулентности был значительно ниже.
  • Плавные переходы уменьшают образование турбулентности., повышение стабильности потока.

Подразумеваемое:

• Конструкция с острыми краями ускоряет износ, сокращение срока службы трубы.
• Конструкция с нормальными краями минимизирует турбулентность., обеспечение долгосрочной надежности.

4. Разделение потока и следы

Наблюдения:

• Угловая трубка с острыми краями:
  • Разделение потока произошло на острых краях, создание зоны рециркуляции.
  • Эти зоны увеличивали потери энергии и требовали более высокой мощности накачки..
• Угловая труба с нормальной кромкой:
  • Поток оставался прикрепленным к стенкам по всему локтю..
  • Значительных зон рециркуляции не наблюдалось..

Подразумеваемое:

• Конструкция с острыми краями снижает эффективность потока и увеличивает эксплуатационные расходы..
• Конструкция с нормальными краями обеспечивает плавный поток., снижение энергопотребления.

Сравнение энергоэффективности

Колено с острыми краями требует большей мощности перекачки из-за более высоких потерь энергии, вызванных отрывом потока и турбулентностью.. Колено с нормальной кромкой, с более плавными характеристиками потока, является более энергоэффективным.

Структурная целостность и последствия проектирования

1. Концентрация стресса

• Конструкции с острыми краями создают зоны повышенного напряжения из-за изменений скорости и турбулентности., увеличение риска образования трещин и разрушения материала.
• Конструкции с нормальными краями снижают концентрацию напряжений., повышение долговечности.

2. Шум и вибрация

• Конструкции с острыми краями создают неравномерную структуру потока., приводит к шуму и вибрации, которые могут повлиять на производительность системы.
• Конструкция с нормальными краями обеспечивает более тихую и плавную работу..

Заключение

The CFD-анализ потока воды внутри коленчатых труб, сваренных встык, показывает, что коленчатая труба с нормальной кромкой превосходит коленчатая труба с острыми краями с точки зрения эффективности потока, потребление энергии, и структурная целостность. Ключевые выводы включают в себя:

1. Общее давление:
   • Острые края создают зоны низкого давления и следы., увеличение потерь энергии.
   • Конструкции с нормальными краями обеспечивают плавное распределение давления..
2. Величина скорости:
   • Конструкции с острыми краями демонстрируют высокие изменения скорости., приводит к концентрации стресса и потенциальному провалу.
   • Конструкция с нормальными краями обеспечивает равномерное распределение скорости..
3. Кинетическая энергия турбулентности:
   • Конструкции с острыми краями создают высокую турбулентность, ускорение износа.
   • Конструкция с нормальными краями минимизирует турбулентность, повышение надежности.
4. Энергоэффективность:
   • Для конструкций с нормальными краями требуется меньшая мощность накачки., сокращение эксплуатационных расходов.
5. Структурная целостность:
   • Конструкции с нормальными краями снижают концентрацию напряжений., шум, и вибрации, обеспечение более длительного срока службы.

Заключительная рекомендация:

Для применений, связанных с потоком жидкости, коленчатые трубы с нормальными краями являются лучшим выбором благодаря своей улучшенной производительности, энергоэффективность, и долговечность. Следует избегать конструкций с острыми краями, чтобы свести к минимуму эксплуатационную неэффективность и затраты на техническое обслуживание..

Будущая работа

1. 3D Моделирование:
   • Расширьте анализ до 3D-моделей для более точных прогнозов.
2. Многофазный поток:
   • Исследовать поведение потоков жидкость-твердое тело или газ-жидкость..
3. Анализ материалов:
   • Изучите влияние различных материалов на эрозию и износ..
4. Экспериментальная проверка:
   • Проведение физических экспериментов для проверки результатов CFD.

Обращаясь к этим направлениям, можно получить дополнительную информацию по оптимизации конструкции коленчатых труб для различных промышленных применений..

Похожие сообщения

Многофункциональная черная круглая трубка ms erw

ВПВ ЧЕРНЫЕ трубы. Электрическая сварка сопротивлением (ВПВ) Трубы производятся из горячекатаных рулонов. / разрезы. Все поступающие рулоны проверяются на основании сертификата испытаний, полученного от сталелитейного завода, на их химические и механические свойства.. Труба ERW подвергается холодной штамповке в цилиндрическую форму., не горячей штамповки.

Черная круглая стальная труба ERW

Бесшовная труба изготавливается методом экструзии металла до необходимой длины.; поэтому трубы ВПВ имеют сварное соединение в поперечном сечении, при этом бесшовная труба не имеет стыков в поперечном сечении по всей длине. В бесшовной трубе, не имеет сварки и соединений, изготавливается из цельных круглых заготовок..

Размеры и вес бесшовных труб по стандартам

The 3 элементы размеров труб Стандарты размеров труб из углеродистой и нержавеющей стали (АСМЭ Б36.10М & Б36.19М) Таблица размеров труб (Расписание 40 & 80 стальная труба означает) Значение номинального размера трубы (НПС) и номинальный диаметр (DN) Таблица размеров стальных труб (Таблица размеров) Таблица весовых классов труб (ВГТ)

Стальные трубы и производственные процессы

Бесшовные трубы производятся методом прошивки., где твердая заготовка нагревается и прошивается с образованием полой трубки. Сварные трубы, с другой стороны, образуются путем соединения двух кромок стальных пластин или рулонов с использованием различных методов сварки..

Стальные трубы UL List

Труба из углеродистой стали обладает высокой устойчивостью к ударам и вибрации, что делает ее идеальной для транспортировки воды., масло & газ и другие жидкости под дорогами. Размеры Размер: 1/8″ до 48″ / Толщина от DN6 до DN1200: Щ 20, СТД, 40, XS, 80, 120, 160, Тип XXS: Поверхность бесшовной или сварной трубы: Праймер, Антикоррозийное масло, ФБЕ, 2ЧП, 3Материал с покрытием LPE: АСТМ А106Б, А53, API 5Л Б, х42, х46, Х52, Х56, Х60, х65, Сервис X70: Резка, Снятие фаски, Резьба, обработка канавок, Покрытие, Гальванизация

Международные стандарты ASTM для стальных труб, Трубы и фитинги

В международных спецификациях ASTM для стальных труб перечислены стандартные требования к трубам котлов и пароперегревателей., общие сервисные трубы, стальные трубы на нефтеперерабатывающих заводах, трубки теплообменника и конденсатора, механические и структурные трубы.