Какво е турбулентност на потока? Нестационарна вибрация на потока • Преносим балансьор, анализатор на вибрации "Balanset" за динамично балансиране на трошачки, вентилатори, мулчери, шнекове на комбайни, валове, центрофуги, турбини и много други ротори Какво е турбулентност на потока? Нестационарна вибрация на потока • Преносим балансьор, анализатор на вибрации "Balanset" за динамично балансиране на трошачки, вентилатори, мулчери, шнекове на комбайни, валове, центрофуги, турбини и много други ротори

Какво е турбулентност на потока? Нестационарна вибрация на потока

Публикувано от admin на

Разбиране на турбулентността на потока

Определение: Какво е турбулентност на потока?

Турбулентност на потока е хаотично, неравномерно движение на флуид, характеризиращо се със случайни колебания на скоростта, вихрушки и вихри в помпи, вентилатори, компресори и тръбопроводни системи. За разлика от плавния ламинарен поток, където частиците на флуида се движат по подредени паралелни пътища, турбулентният поток показва случайно триизмерно движение с непрекъснато променяща се скорост и налягане. При въртящите се машини турбуленцията създава нестационарни сили върху работното колело и лопатките, генерирайки широколентово движение. вибрация, шум, загуби на енергия и допринасяне за умората на компонентите.

Въпреки че известна турбулентност е неизбежна и дори желателна в много приложения (турбулентният поток осигурява по-добро смесване и топлопренос), прекомерната турбулентност от лоши условия на входа, работа извън проектните изисквания или разделяне на потока създава проблеми с вибрациите, намалява ефективността и ускорява механичното износване на помпите и вентилаторите.

Характеристики на турбулентния поток

Преход към режим на потока

Преходът на потока от ламинарен към турбулентен зависи от числото на Рейнолдс:

  • Число на Рейнолдс (Re): Re = (ρ × V × D) / µ
  • Където ρ = плътност, V = скорост, D = характерен размер, µ = вискозитет
  • Ламинарен поток: Ре < 2300 (гладко, подредено)
  • Преходен: Re 2300-4000
  • Турбулентно течение: Re > 4000 (хаотично, неправилно)
  • Промишлени машини: Почти винаги работи в турбулентен режим

Характеристики на турбулентността

  • Случайни колебания на скоростта: Моментната скорост варира хаотично около средната стойност
  • Вихри и вихрушки: Въртящи се структури с различни размери
  • Енергийна каскада: Големите вихри се разделят на прогресивно по-малки вихри
  • Смесване: Бързо смесване на импулс, топлина и маса
  • Разсейване на енергия: Турбулентното триене преобразува кинетичната енергия в топлина

Източници на турбулентност в машините

Смущения на входа

  • Лош дизайн на входа: Остри завои, препятствия, недостатъчна дължина на правата линия
  • Вихрушка: Предварително завъртане на флуида, влизащ в работното колело/вентилатора
  • Неравномерна скорост: Профилът на скоростта е изкривен от идеалния
  • Ефект: Повишена интензивност на турбуленцията, повишена вибрация, намалена производителност

Разделяне на потока

  • Неблагоприятни градиенти на налягането: Потокът се отделя от повърхностите
  • Експлоатация извън проектните изисквания: Неправилни ъгли на потока, причиняващи разделяне на лопатките
  • Сергия: Обширно разделяне от страната на засмукване на лопатките
  • Резултат: Много висок интензитет на турбулентност, хаотични сили

Уейк региони

  • Турбулентни следи надолу по течението от лопатки, подпори или препятствия
  • Висока интензивност на турбулентността в следата
  • Компонентите надолу по веригата изпитват нестабилни сили
  • Взаимодействието между лопатките и следите е важно в многостепенните машини

Региони с висока скорост

  • Интензитетът на турбуленцията обикновено се увеличава със скоростта
  • Области на върха на работното колело, зони с висока турбулентност на изпускателните дюзи
  • Създава локализирани високи сили и износване

Въздействие върху машините

Генериране на вибрации

  • Вибрации на широколентовия интернет: Турбуленцията създава произволни сили в широк честотен диапазон
  • Спектър: Повишено ниво на шум, вместо отделни пикове
  • Амплитуда: Увеличава се с интензитета на турбуленцията
  • Честотен диапазон: Обикновено 10-500 Hz за вибрации, предизвикани от турбулентност

Генериране на шум

  • Турбуленцията е основен източник на аеродинамичен шум
  • Звук от “свистене” или “препускане” на широколентовия интернет
  • Ниво на шум, пропорционално на скоростта^6 (много чувствително към скоростта)
  • Може да бъде доминиращ източник на шум във високоскоростните вентилатори

Загуби на ефективност

  • Турбулентното триене разсейва енергията
  • Намалява повишаването на налягането и дебита
  • Типични загуби от турбулентност: 2-10% входна мощност
  • Увеличава се при нестандартна експлоатация

Умора на компонента

  • Случайните колебания на сили създават циклично напрежение
  • Високочестотно циклично напрежение
  • Допринася за острието и структурата умора
  • Особено тревожно при високи скорости

Ерозия и износване

  • Турбуленцията усилва ерозията при абразивни работи
  • Частици, суспендирани от ударни повърхности на турбулентност
  • Ускорено износване в региони с висока турбулентност

Откриване и диагностика

Индикатори за вибрационен спектър

  • Повишен широколентов достъп: Висок шумов праг в целия спектър
  • Липса на дискретни пикове: За разлика от механичните повреди със специфични честоти
  • Зависим от потока: Нивото на широколентовия достъп варира в зависимост от дебита
  • Минимум при BEP: Най-ниска турбулентност в проектната точка

Акустичен анализ

  • Измервания на нивото на звуково налягане
  • Увеличаването на широколентовия шум показва турбулентност
  • Акустичен спектър, подобен на вибрационния спектър
  • Насочените микрофони могат да локализират източници на турбуленция

Визуализация на потока

  • Изчислителна флуидна динамика (CFD) по време на проектиране
  • Стримери за поток или визуализация на дим в тест
  • Измервания на налягането, показващи колебания
  • Велосиметрия на изображения на частици (PIV) в изследванията

Стратегии за смекчаване

Подобрения в дизайна на входа

  • Осигурете достатъчна дължина на правата тръба нагоре по течението (минимум 5-10 диаметъра)
  • Премахнете острите завои непосредствено преди входа
  • Използвайте изправители на потока или въртящи се лопатки
  • Камбановидни или аеродинамични входни отвори намаляват генерирането на турбуленция

Оптимизация на работната точка

  • Работете близо до точката на най-висока ефективност (BEP)
  • Ъглите на потока съответстват на ъглите на лопатките, което минимизира разделянето
  • Минимално генериране на турбуленция
  • Променлив контрол на скоростта за поддържане на оптимална точка

Модификации на дизайна

  • Плавни преходи в проходите на потока (без остри ъгли)
  • Дифузори за постепенно забавяне на потока
  • Вихрови потискачи или устройства против вихрушки
  • Акустична облицовка за абсорбиране на шум, генериран от турбуленция

Турбулентност спрямо други явления на потока

Турбулентност срещу кавитация

  • Турбулентност: Широколентов, непрекъснат, зависим от потока
  • Кавитация: Импулсивен, с по-висока честота, NPSH-зависим
  • И двете: Могат да съществуват едновременно, като и двете създават широколентови вибрации

Турбулентност срещу рециркулация

  • Турбулентност: Случайни, широколентови, присъстващи във всички потоци
  • Рециркулация: Организирана нестабилност, нискочестотни пулсации, само при нисък поток
  • Връзка: Зоните на рециркулация са силно турбулентни

Турбулентността на потока е присъща характеристика на високоскоростния флуиден поток във въртящи се машини. Макар и неизбежна, нейната интензивност и ефекти могат да бъдат сведени до минимум чрез правилно проектиране на входа, работа близо до проектната точка и оптимизация на потока. Разбирането на турбулентността като източник на широколентови вибрации и шум позволява разграничаване от дискретно-честотни механични повреди и насочва подходящи коригиращи действия, фокусирани върху условията на потока, а не върху механичните ремонти.

← Обратно към основния индекс

Категории:
WhatsApp