رایج ترین هندسه های کانال جریان داخلی برای اتصال دهنده های چهار طرفه چیست؟

I. تعریف و پیکربندی هندسی استاندارد اتصالات سه راهی چهار طرفه

را فیتینگ سه راهی چهار طرفه که معمولاً به عنوان Cross شناخته می شود، یک جزء حیاتی در سیستم های لوله کشی است. این اجازه می دهد تا مایع در چهار جهت مختلف توزیع، جمع آوری یا منحرف شود. در مقایسه با سه راه سه طرفه همه جا حاضر، پیکربندی 4-Way یک مسیر شاخه اضافی را ارائه می دهد که معمولاً در طرح بندی های شبکه پیچیده ای که نیاز به توزیع یا بازگشت چند نقطه ای دارند استفاده می شود.

را most fundamental and common internal flow channel geometry for a 4-Way Tee is the Standard Orthogonal Cross Configuration.

را core characteristics of this structure include:

1. چهار پورت با اندازه یکسان: به طور معمول، هر چهار پورت دارای قطر اسمی (DN) یکسانی هستند که منجر به یک "صلیب برابر" می شود.

2. چیدمان متعامد: خطوط مرکزی هر چهار پورت در یک صفحه قرار دارند و متقابلاً عمود هستند و یک صفحه کامل را تشکیل می دهند. 90∘ زاویه تقاطع

3. محفظه اختلاط مرکزی: چهار کانال جریان به یک محفظه واحد در مرکز هندسی اتصالات همگرا می شوند.

در حالی که ساختار متعامد استاندارد رایج است، دیدگاه دینامیک سیالات حرفه‌ای نشان می‌دهد که تفاوت‌های ظریف در هندسه کانال جریان داخلی، به ویژه در مورد درمان لبه و مناطق انتقال، برای عملکرد کلی سیستم حیاتی است.

II. چالش های هیدرودینامیکی ساختار متقاطع استاندارد

اگرچه هندسه متقابل متعامد استاندارد ساده‌ترین روش برای ساخت است، اما چالش‌های ذاتی را در حمل سیالات، عمدتاً در دو حوزه کلیدی، ارائه می‌کند:

2.1 افت فشار و اتلاف انرژی

هنگامی که سیال از محفظه همگرایی مرکزی یک سه راهی 4 جهته عبور می کند، انبساط ناگهانی، انقباض یا تغییر شدید در جهت جریان باعث تلفات جزئی قابل توجهی می شود. این مقاومت به صورت افت فشار ( ΔP ) و حاصل اتلاف انرژی سیال به صورت گرما است.

در پیکربندی متقاطع استاندارد، ناحیه مرکزی جایی است که مایعات به شدت در تعامل هستند. سیالاتی که از جهات مخالف نزدیک می شوند ممکن است مستقیماً برخورد کنند و نقاط رکود پر انرژی ایجاد کنند. همزمان، با تبدیل سیال به لوله های انشعاب، جداسازی جریان رخ می دهد که اغلب منجر به گرداب های بزرگ یا مناطق چرخشی در امتداد دیواره داخلی شاخه می شود. این گرداب ها انرژی مصرف می کنند و سطح جریان موثر را کاهش می دهند.

را Minor Loss Coefficient ( ک ) پارامتر مهمی است که برای تعیین کمیت این افت عملکرد استفاده می شود که مستقیماً بر اندازه و مصرف انرژی پمپ ها یا کمپرسورها تأثیر می گذارد.

2.2 آشفتگی، فرسایش و خوردگی

را combination of sharp 90∘ خمیدگی و برخورد مرکزی منجر به سطوح بالایی از توربولانس می شود. تلاطم با شدت بالا می تواند دو پیامد جدی داشته باشد:

• فرسایش تسریع شده: به ویژه در سیالات حاوی جامدات معلق (مانند شن، پودرهای کاتالیزور) یا حباب های گاز، تلاطم زیاد باعث می شود که ذرات با سرعت بالا به دیواره داخلی اتصالات برخورد کنند. این ساییدگی در ورودی های انشعاب که جریان به شدت می چرخد، بیشتر مشخص می شود.

• خوردگی تسریع شده جریان (FAC): برای رسانه های شیمیایی خاص (به عنوان مثال، آب اکسیژنه، محلول های آمین)، نرخ جریان بالا و آشفتگی می تواند لایه های محافظ یا غیرفعال لوله را مختل کند و سرعت خوردگی مواد فلزی را به طور قابل توجهی تسریع کند.

III. هندسه های بهینه شده: فیله ها و انتقال های صاف

برای کاهش چالش‌های ایجاد شده توسط هندسه استاندارد، برنامه‌های کاربردی با کارایی بالا یا حیاتی اغلب از طرح‌های کانال جریان داخلی بهینه‌سازی شده استفاده می‌کنند که عمدتاً بر هموارسازی مناطق انتقال تمرکز می‌کنند:

3.1 درمان فیله کردن

را most common optimization technique is the introduction of Radii or Fillets. Smooth, rounded curves are used instead of sharp 90∘ گوشه ها در محل اتصال که در آن چهار کانال شاخه به اتاق مرکزی می رسند.

• عملکرد: فیله ها به طور قابل توجهی وقوع جدایی جریان را با چرخش سیال کاهش می دهند و به طور موثر تشکیل گردابه های بزرگ را سرکوب می کنند. آنها دینامیک جریان را از یک تغییر شدید آنی به یک تغییر تدریجی تبدیل می کنند و در نتیجه ضریب تلفات جزئی را کاهش می دهند. ک ) و حداکثر تنش برشی داخل اتصالات.

• اثر: سه راهی چهار طرفه طراحی شده با فیله های اندازه مناسب معمولاً می تواند کاهش افت فشار 10٪ تا 30٪ را در مقایسه با یک ضربدر گوشه تیز استاندارد نشان دهد، به ویژه در شرایط جریان آشفته با عدد رینولدز بالا.

3.2 ساختارهای تخصصی: کنترل جریان و سفارشی سازی

در حالی که سه راهی‌های 4 طرفه طبقه‌بندی صریح شعاع کوتاه/شعاع بلند موجود در زانوها را ندارند، طراحان ممکن است هندسه‌های کانال جریان غیرمتقارن یا نامتقارن را در کاربردهای بسیار سفارشی‌شده، مانند مواردی که برای اختلاط یا جداسازی بسیار کارآمد در نظر گرفته شده‌اند، معرفی کنند.

به عنوان مثال، در کاربردهای اختلاط، طراحی ممکن است کمی دو کانال متضاد را جبران کند تا از برخورد مستقیم سر به سمت جلوگیری کند. این امر تشکیل یک میدان جریان چرخشی را تشویق می کند و باعث اختلاط سریع و یکنواخت سیالات می شود.

3.3 ملاحظات هندسی برای سه راهی های خط دار

برای محیط های بسیار خورنده (مانند اسید کلریدریک، اسید سولفوریک)، سه راهی های چهار طرفه اغلب از بدنه فولادی با روکش پلیمری (مانند PTFE یا PFA) استفاده می کنند. در این موارد، هندسه کانال جریان داخلی با ضخامت پوشش تعریف می شود. فرآیند پوشش الزامی می کند که لبه های کانال جریان به طور استثنایی صاف و گرد باشند تا اطمینان حاصل شود که آستر پلیمری به طور یکنواخت و کامل به تمام گوشه ها می چسبد. این از نازک شدن آستر یا تمرکز استرس در لبه های تیز جلوگیری می کند که می تواند منجر به خرابی آستر و نشت رسانه شود.