نحوه در نظر گرفتن دینامیک سیالات در طراحی ریخته گری کاهنده آرنج

ریخته گری کاهنده آرنج ، به عنوان اجزای کلیدی برای اتصال و تغییر جهت سیال در سیستم خط لوله، به طور مستقیم بر کارایی، ایمنی و هزینه های عملیاتی کل سیستم تأثیر می گذارد. طراحی حرفه ای، به ویژه در سطح دینامیک سیالات، برای اطمینان از عملکرد عالی آن اساسی است. این فقط یک تطبیق اندازه ساده نیست، بلکه یک علم در مورد رفتار سیال، تبدیل انرژی و بهینه سازی ساختاری است.

از دست دادن فشار و اتلاف انرژی را به حداقل برسانید
در هر سیستم تحویل سیال، استفاده موثر از انرژی بسیار مهم است. یکی از اهداف طراحی ریخته گری کاهنده آرنج، به حداقل رساندن تلفات فشار است. افت فشار عمدتاً از دو بخش تشکیل شده است: افت در طول برد و افت موضعی. به عنوان یک جزء مقاومت موضعی معمولی، طراحی یک کاهنده آرنج باید به ویژه به چگونگی کاهش اتلاف انرژی در حین عبور سیال توجه داشته باشد.
بهینه سازی انحنای طراحی اولویت اصلی است. هنگامی که سیال در یک لوله منحنی جریان می یابد، یک نیروی گریز از مرکز اینرسی ایجاد می شود که منجر به توزیع ناهموار سرعت جریان می شود. شعاع خمشی بیش از حد کوچک ضربه و جداسازی سیال از دیواره لوله را تشدید می کند و گردابی را تشکیل می دهد و در نتیجه افت فشار را به طور چشمگیری افزایش می دهد. طراحی ایده آل باید یک شعاع انحنای به اندازه کافی بزرگ و صاف باشد تا سیال بتواند به آرامی بچرخد و از تغییرات شدید در جهت جریان جلوگیری کند.
انتقال هموار یکی دیگر از اصول کلیدی است. طراحی لوله کاهنده آرنج دو عملکرد را ترکیب می کند: خم شدن و قطر متغیر. در طول انتقال از قطر بزرگ به قطر کوچک، لازم است از انتقال صاف دیواره داخلی اطمینان حاصل شود تا از سطح مقطع ناگهانی جلوگیری شود. سطح مقطع ناگهانی یک منطقه راکد و گردابی را تشکیل می دهد که نه تنها افت فشار موضعی را افزایش می دهد، بلکه ممکن است باعث کاویتاسیون و نویز شود. با استفاده از طرح انقباض مخروطی یا پیشرونده، سیال را می توان هدایت کرد تا به آرامی شتاب بگیرد و اتلاف انرژی را به حداقل برساند.

تلاطم و جریان های گردابی را سرکوب کنید
تلاطم یک حالت ناپایدار سیال است که در سرعت های بالا جریان دارد که به طور قابل توجهی مقاومت اصطکاکی را افزایش می دهد و ممکن است باعث لرزش و صدا شود. طراحی کاهنده آرنج باید به طور موثر تولید تلاطم و جریان های گردابی را سرکوب کند.
در قسمت آرنج، انحنای نامعقول یا دیوارهای داخلی ناهموار می تواند جریان ثانویه و جریان جدایی را القا کند. جریان ثانویه جریان گردشی سیال در جهت جریان اصلی روی مقطع است که سیال را به هم می زند و اتلاف انرژی را افزایش می دهد. جریان جداسازی به این معنی است که سیال نمی تواند محکم روی دیواره لوله قرار گیرد و یک ناحیه رفلاکس موضعی را تشکیل می دهد. با بهینه سازی شکل دیواره داخلی آرنج مانند استفاده از سطح مقطع بیضوی یا غیر دایره ای می توان توزیع سرعت جریان را تا حد معینی کنترل کرد و از شدت جریان ثانویه کاست.
در قسمت با قطر متغیر، یک زاویه مخروط معقول بسیار مهم است. یک زاویه مخروطی بیش از حد بزرگ باعث جدا شدن شدید خط جریان در بخش انقباض می شود و یک گرداب رفلاکس را تشکیل می دهد. گرداب رفلاکس نه تنها انرژی مصرف می کند، بلکه ممکن است مناطق کم فشار محلی را روی دیواره لوله تشکیل دهد که باعث کاویتاسیون و فرسایش و آسیب به مواد ریخته گری می شود. بنابراین، طراحی باید به طور جامع نوع سیال، سرعت جریان و فشار را در نظر بگیرد و یک زاویه مخروطی بهینه را برای اطمینان از شتاب صاف سیال و جلوگیری از جداسازی خط جریان انتخاب کند.

جلوگیری از کاویتاسیون و خوردگی مواد
کاویتاسیون یک مشکل جدی در دینامیک سیالات، به ویژه در مناطقی با سرعت جریان بالا و فشارهای محلی کم است. هنگامی که فشار سیال کمتر از فشار بخار اشباع آن باشد، حباب های بخار تشکیل می شود. پس از اینکه این حباب ها با سیال به ناحیه پرفشار جریان می یابند، فوراً فرو می ریزند و یک موج ضربه ای قدرتمند ایجاد می کنند و باعث فرسایش مکانیکی دیواره لوله می شوند.
در طراحی ریخته گری کاهنده آرنج، اجتناب از مناطق کم فشار موضعی کلید جلوگیری از کاویتاسیون است. این امر مستلزم آن است که طراحان اطمینان حاصل کنند که توزیع فشار کل دونده، به ویژه در بخش های انقباض و فرمان شتاب سیال، پایدار است. با بهینه سازی هندسه دیواره داخلی، حذف مناطقی که ممکن است باعث افزایش غیر طبیعی سرعت جریان یا خطوط جریان نامنظم شود، می توان به طور موثر از کاویتاسیون جلوگیری کرد. علاوه بر این، انتخاب مواد ریخته گری با مقاومت کاویتاسیون خوب، مانند فولادهای ضد زنگ خاص یا آلیاژهای کروم بالا نیز بسیار مهم است.

بهینه سازی اختلاط و جداسازی سیال
در کاربردهای خاص خاص، مانند سیستم هایی که نیاز به اختلاط دو سیال یا جداسازی مخلوط جامد-مایع دارند، طراحی لوله های کاهنده آرنج مستلزم در نظر گرفتن ویژگی های اختلاط یا جداسازی سیال است.
به عنوان مثال، در صنایع شیمیایی، ممکن است از کاهنده آرنج برای هدایت دو سیال برای اختلاط اولیه استفاده شود. در این مورد، طراح می تواند از جریان ثانویه برای تقویت اثر اختلاط استفاده کند. با معرفی یک ساختار راهنمای جریان خاص در آرنج یا تغییر شکل دیواره داخلی، تلاطم سیال را می توان افزایش داد و تماس کافی بین اجزا را ارتقا داد.
در معادن یا سیستم های انتقال گل، سایش لوله های کاهنده آرنج یک مشکل عمده است. هنگامی که ذرات جامد در سیال حرکت می کنند، به دلیل نیروی گریز از مرکز اینرسی به دیواره بیرونی پرتاب می شوند و باعث سایش موضعی شدید می شوند. طراحی باید با شعاع انحنای بزرگ صاف و ضخامت دیواره دیوار بیرونی یا استفاده از مواد مقاوم در برابر سایش بالا برای افزایش عمر مفید قطعات طراحی شود.

لرزش و نویز سیال را در نظر بگیرید
هنگامی که سیال در کانال های جریان نامنظم جریان می یابد، لرزش و نویز ممکن است رخ دهد. این نه تنها بر پایداری سیستم تأثیر می گذارد، بلکه ممکن است باعث خستگی ساختاری شود. طراحی هیدرودینامیکی ریخته گری کاهنده آرنج باید نحوه کاهش لرزش و نویز را در نظر بگیرد.
سطح دیوار داخلی صاف یک راه موثر برای کاهش اصطکاک سیال و نویز جریان گردابی است. پس از ریخته گری، ماشینکاری خوب و یا پرداخت می تواند به طور قابل توجهی بهبود پایان دیوار داخلی. علاوه بر این، بهینه سازی طراحی دونده برای جلوگیری از ساده کردن تغییرات ناگهانی می تواند نویز ضربه ناشی از ضربه و جداسازی سیال را کاهش دهد. از طریق ابزارهایی مانند آنالیز اجزای محدود می توان ارتعاش سازه ای ناشی از سیال را در مرحله طراحی پیش بینی کرد و صلبیت سازه ای ریخته گری ها را بر این اساس تنظیم کرد یا طرح های جاذب ارتعاش را اتخاذ کرد.