Alın Kaynaklı Dirsek Boruların İçindeki Su Akış Karışımının CFD Analizi: Keskin Kenarlı ve Normal Kenarlı Tasarımların Karşılaştırması

giriiş

Dirsek borular boru sistemlerinde kritik bileşenlerdir, sıvı akışında yön değişikliklerini mümkün kılmak. Fakat, tasarımları akış dinamiklerini önemli ölçüde etkiler, enerji tüketimi, ve sistemin yapısal bütünlüğü. Bu çalışma, Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (CFD) analiz İki tip alın kaynaklı dirsek borusu içindeki su akışının miktarı: bir tane keskin kenarlar ve diğeri normal kenarlar. Amaç akış davranışını karşılaştırmaktır., basınç dağılımı, hız büyüklüğü, Daha iyi performans gösteren dirsek borusunu belirlemek için her iki tasarımda türbülans özellikleri ve türbülans özellikleri.

Analiz bir araç kullanılarak gerçekleştirildi. 2D modeli oluşturuldu SolidWorks, ile örülmüş GAMBİT, ve simüle edildi ANSYS Akıcı. Her iki durum için de tüm koşulları aynı tutarak, çalışma iki tasarımın adil bir karşılaştırmasını sağlıyor. Sonuçlar akış özelliklerinde önemli farklılıklar olduğunu ortaya koyuyor, enerji verimliliği, ve olası arıza riskleri, üstün tasarım olarak normal kenarlı dirsek borusunun tercih edilmesi.

Metodoloji

1. Modelleme ve Geometri

• Geometri Oluşturma:
  • İki dirsek boru tasarımı oluşturuldu SolidWorks:
    • Keskin Kenarlı Dirsek Borusu: Köşelerde ani geçişler bulunur.
    • Normal Kenarlı Dirsek Boru: Pürüzsüz özellikler, yuvarlak geçişler.
  • Modeller şu şekilde ihraç edildi: IGES dosyaları daha fazla işlem için.
• Boyutlar:
  • Boru çapı: 100 mm.
  • Dirsek açısı: 90°.
  • Duvar kalınlığı: 5 mm.

2. Mesh Üretimi

• Meshleme Aracı: GAMBİT hesaplamalı ağı oluşturmak için kullanıldı.
• Örgü Tipi:
  • Daha iyi doğruluk için dörtgen elemanlara sahip yapılandırılmış ağ.
  • Sınır katmanı efektlerini yakalamak için duvarların yakınında daha ince ağ örgüsü.
• Örgü Kalitesi:
  • Sayısal kararlılığı sağlamak için en boy oranı ve çarpıklık optimize edildi.
  • Toplam öğe sayısı: ~50.000 her model için.

3. Simülasyon Kurulumu

• Çözücü: ANSYS Akıcı CFD simülasyonları için kullanıldı.
• Akış Koşulları:
  • Sıvı: su.
  • Akış türü: Kararlı hal, sıkıştırılamaz.
  • Giriş hızı: 2 m/sn.
  • Çıkış: Basınç çıkışı (0 Pa göstergesi basıncı).
  • Duvar: Kaymaz sınır koşulu.
• Türbülans Modeli:
  • k-ε türbülans modeli türbülanslı akışları simüle etmedeki sağlamlığı nedeniyle seçildi.
• Yakınsama Kriterleri:
  • Süreklilik için artıklar, ivme, ve türbülans denklemleri 10^-6'ya ayarlandı.

Sonuçlar ve tartışma

CFD analizinin sonuçları aşağıda sunulmuştur., karşılaştırma keskin kenarlı dirsek borusu ve normal kenarlı dirsek borusu açısından toplam basınç, hız büyüklüğü, Ve türbülans kinetik enerjisi. Bulgular tablolar halinde özetlenmiş ve ayrıntılı olarak tartışılmıştır..

1. Toplam Basınç Dağılımı

Gözlemler:

• Keskin Kenarlı Dirsek Borusu:
  • Önemli alçak basınç bölgeleri (uyanır) keskin kenarların yakınında gözlendi.
  • Geometrideki ani değişiklikler nedeniyle akış ayrılması meydana geldi, Enerji kayıplarına yol açan.
  • Bu kayıpların üstesinden gelmek için daha yüksek pompalama gücüne ihtiyaç vardır..
• Normal Kenarlı Dirsek Boru:
  • Önemli bir uyanma olmadan düzgün basınç dağılımı.
  • Akış duvarlara bağlı kaldı, enerji tüketimini azaltmak.

Çıkarımlar:

• Keskin kenarlı tasarım enerji maliyetlerini artırır ve sistem verimliliğini azaltır.
• Normal kenarlı tasarım enerji açısından daha verimlidir ve akıştan kaynaklanan arızalara daha az eğilimlidir.

2. Hız Büyüklüğü

Gözlemler:

• Keskin Kenarlı Dirsek Borusu:
  • Yüksek hız değişimleri gözlendi, özellikle keskin kenarların yakınında.
  • Akış ayrılması eşit olmayan hız dağılımına neden oldu, riskinin artması titreşimler Ve gürültü.
  • Yüksek hızlı bölgeler stres konsantrasyonuna yol açtı, bu sonuçlanabilir çatlaklar mesai.
• Normal Kenarlı Dirsek Boru:
  • Hız dağılımı daha düzgündü.
  • Girişte hafif geometrik düzensizliklerden dolayı küçük bir yüksek hız bölgesi gözlemlendi, ama hızla stabilleşti.
  • Azaltılmış hız değişiklikleri, stres konsantrasyonunu ve gürültüyü en aza indirdi.

Çıkarımlar:

• Keskin kenarlı tasarım, yapısal arızalara ve operasyonel verimsizliklere daha yatkındır.
• Normal kenarlı tasarım daha düzgün akış ve daha iyi dayanıklılık sağlar.

3. Türbülans Kinetik Enerjisi (TKE)

Gözlemler:

• Keskin Kenarlı Dirsek Borusu:
  • Keskin kenarların yakınında yüksek türbülans seviyeleri gözlendi.
  • Türbülans düzensiz akış düzenlerine neden oldu, olasılığının artması erozyon Ve malzeme aşınması.
• Normal Kenarlı Dirsek Boru:
  • Türbülans seviyeleri önemli ölçüde düşüktü.
  • Yumuşak geçişler türbülans oluşumunu azalttı, akış stabilitesinin arttırılması.

Çıkarımlar:

• Keskin kenarlı tasarım aşınma ve yıpranmayı hızlandırır, borunun ömrünün azaltılması.
• Normal kenarlı tasarım türbülansı en aza indirir, uzun vadeli güvenilirliğin sağlanması.

4. Akış Ayırma ve Uyandırmalar

Gözlemler:

• Keskin Kenarlı Dirsek Borusu:
  • Keskin kenarlarda akış ayrılması meydana geldi, yaratmak devridaim bölgeleri.
  • Bu bölgeler enerji kayıplarını artırdı ve daha yüksek pompalama gücü gerektirdi.
• Normal Kenarlı Dirsek Boru:
  • Akış dirsek boyunca duvarlara bağlı kaldı.
  • Önemli bir devridaim bölgesi gözlemlenmedi.

Çıkarımlar:

• Keskin kenarlı tasarım akış verimliliğinden ödün verir ve işletme maliyetlerini artırır.
• Normal kenarlı tasarım düzgün akış sağlar, enerji tüketimini azaltmak.

Enerji Verimliliği Karşılaştırması

Keskin kenarlı dirsek borusu, akış ayrılması ve türbülanstan kaynaklanan daha yüksek enerji kayıpları nedeniyle daha fazla pompalama gücü gerektirir. Normal kenarlı dirsek borusu, Daha düzgün akış özellikleriyle, daha enerji verimlidir.

Yapısal Bütünlük ve Tasarımın Etkileri

1. Stres Konsantrasyonu

• Keskin kenarlı tasarımlar hız değişimleri ve türbülans nedeniyle yüksek gerilimli bölgeler yaratır, çatlak ve malzeme arızası riskinin artması.
• Normal kenarlı tasarımlar stres konsantrasyonunu azaltır, dayanıklılığı arttırmak.

2. Gürültü ve Titreşimler

• Keskin kenarlı tasarımlar düzensiz akış desenleri oluşturur, sistem performansını etkileyebilecek gürültü ve titreşimlere yol açar.
• Normal kenarlı tasarımlar daha sessiz ve düzgün çalışmayı sağlar.

Çözüm

The CFD analizi Alın kaynaklı dirsek boruları içindeki su akışının incelenmesi şunu ortaya koymaktadır: normal kenarlı dirsek borusu daha iyi performans gösteriyor keskin kenarlı dirsek borusu akış verimliliği açısından, enerji tüketimi, ve yapısal bütünlük. Temel bulgular şunları içerir::

1. Toplam Basınç:
   • Keskin kenarlı tasarımlar alçak basınç bölgeleri ve dalgalar oluşturur, artan enerji kayıpları.
   • Normal kenarlı tasarımlar düzgün basınç dağılımını korur.
2. Hız Büyüklüğü:
   • Keskin kenarlı tasarımlar yüksek hız değişimleri sergiler, Stres konsantrasyonuna ve potansiyel başarısızlığa yol açan.
   • Normal kenarlı tasarımlar düzgün hız dağılımı sağlar.
3. Türbülans Kinetik Enerjisi:
   • Keskin kenarlı tasarımlar yüksek türbülans yaratır, aşınma ve yıpranmanın hızlanması.
   • Normal kenarlı tasarımlar türbülansı en aza indirir, güvenilirliği artırmak.
4. Enerji Verimliliği:
   • Normal kenarlı tasarımlar daha az pompalama gücü gerektirir, operasyonel maliyetlerin azaltılması.
5. Yapısal Bütünlük:
   • Normal kenarlı tasarımlar stres konsantrasyonunu azaltır, gürültü, ve titreşimler, daha uzun servis ömrü sağlamak.

Nihai Tavsiye:

Sıvı akışını içeren uygulamalar için, normal kenarlı dirsek boruları gelişmiş performansları nedeniyle üstün seçimdir, enerji verimliliği, ve dayanıklılık. Operasyonel verimsizlikleri ve bakım maliyetlerini en aza indirmek için keskin kenarlı tasarımlardan kaçınılmalıdır..

Gelecekteki Çalışmalar

1. 3D Simülasyonları:
   • Daha doğru tahminler için analizi 3D modellere genişletin.
2. Çok Fazlı Akış:
   • Sıvı-katı veya gaz-sıvı akışlarının davranışını araştırmak.
3. Malzeme Analizi:
   • Farklı malzemelerin erozyon ve aşınma üzerindeki etkisini inceleyin.
4. Deneysel Doğrulama:
   • CFD sonuçlarını doğrulamak için fiziksel deneyler yapın.

Bu alanlara hitap ederek, Çeşitli endüstriyel uygulamalar için dirsek boru tasarımlarının optimize edilmesi konusunda daha fazla bilgi edinilebilir.

İlgili Gönderiler

Çok fonksiyonlu ms erw siyah yuvarlak boru

ERW SİYAH Borular. Elektrik Direnci Kaynaklı (DÖNÜM) Borular Sıcak Haddelenmiş Rulolardan Üretilmektedir / Yarıklar. Gelen tüm bobinler, kimya ve mekanik özellikleri açısından çelik fabrikasından alınan test sertifikasına göre doğrulanır.. ERW boru soğuk şekillendirilerek silindirik bir şekle dönüştürülür, sıcak şekillendirilmemiş.

ERW siyah yuvarlak çelik boru

Dikişsiz boru, metalin istenilen uzunlukta ekstrüde edilmesiyle üretilir.; bu nedenle ERW borusunun kesitinde kaynaklı bir bağlantı bulunur, dikişsiz borunun kesitinde uzunluğu boyunca herhangi bir bağlantı bulunmazken. Dikişsiz boruda, kaynak veya ek yeri yoktur ve sağlam yuvarlak kütüklerden üretilmiştir.

Dikişsiz Borunun standartlara göre ölçüleri ve ağırlıkları

The 3 boru boyutu elemanları Karbon ve paslanmaz çelik borunun Boyut Standartları (ASME B36.10M & B36.19M) Boru Boyutu Tablosu (Takvim 40 & 80 çelik boru anlamına gelir) Nominal Boru Boyutu Ortalamaları (NPS'ler) ve Nominal Çap (DN) Çelik Boru Ölçü Tablosu (Boyut tablosu) Boru Ağırlık Sınıfı Programı (WGT)

Çelik Boru ve İmalat Süreçleri

Dikişsiz borular delme işlemi kullanılarak üretilir, içi boş bir tüp oluşturmak için katı bir kütüğün ısıtıldığı ve delindiği yer. Kaynaklı borular, diğer taraftan, Çelik levha veya bobinlerin iki kenarının çeşitli kaynak teknikleri kullanılarak birleştirilmesiyle oluşturulur..

UL Listesi Çelik Boru

Karbon çelik boru şok ve titreşime karşı oldukça dayanıklıdır, bu da onu suyun taşınması için ideal kılar, yağ & Karayollarının altındaki gaz ve diğer sıvılar. Boyutlar Boyut: 1/8″ ila 48″ / DN6 ila DN1200 Kalınlık: Sch 20, CYBH, 40, XS, 80, 120, 160, XXS Türü: Dikişsiz veya kaynaklı boru Yüzeyi: Astar, Pas önleyici yağ, FBE, 2PE, 3LPE Kaplı Malzeme: ASTM A106B, A53, API 5LB, X42, X46, X52, X56, X60, X65, X70 Hizmeti: Kesme, Eğim verme, Diş açma, Kanal açma, Kaplama, Galvanizleme

ASTM Uluslararası Çelik Boru Standartları, Borular ve Bağlantı Parçaları

ASTM Uluslararası çelik boru spesifikasyonları, kazan ve kızdırıcı borular için standart gereklilikleri listelemektedir., genel servis tüpleri, rafineri hizmetinde çelik borular, ısı değiştirici ve kondenser boruları, mekanik ve yapısal borular.