प्रवाह अशांति को समझना
परिभाषा: प्रवाह अशांति क्या है?
प्रवाह अशांति यह अव्यवस्थित, अनियमित द्रव गति है जिसकी विशेषता पंपों, पंखों, संपीडकों और पाइपिंग प्रणालियों में अनियमित वेग उतार-चढ़ाव, घूमते हुए भंवर और भंवर हैं। चिकने पटलीय प्रवाह के विपरीत, जहाँ द्रव कण क्रमबद्ध समानांतर पथों में गति करते हैं, अशांत प्रवाह निरंतर परिवर्तनशील वेग और दाब के साथ यादृच्छिक त्रि-आयामी गति प्रदर्शित करता है। घूर्णन मशीनों में, अशांति प्ररित करनेवाला और ब्लेड पर अस्थिर बल उत्पन्न करती है, जिससे ब्रॉडबैंड उत्पन्न होता है। कंपन, शोर, ऊर्जा हानि, और घटक थकान में योगदान।.
जबकि कुछ अशांति अपरिहार्य है और कई अनुप्रयोगों में वांछनीय भी है (अशांत प्रवाह बेहतर मिश्रण और ऊष्मा हस्तांतरण प्रदान करता है), खराब इनलेट स्थितियों, ऑफ-डिजाइन संचालन, या प्रवाह पृथक्करण से अत्यधिक अशांति कंपन की समस्याएं पैदा करती है, दक्षता कम करती है, और पंपों और पंखों में यांत्रिक घिसाव को तेज करती है।.
अशांत प्रवाह की विशेषताएँ
प्रवाह व्यवस्था संक्रमण
रेनॉल्ड्स संख्या के आधार पर पर्णदलीय से अशांत प्रवाह में परिवर्तन:
- रेनॉल्ड्स संख्या (Re): Re = (ρ × V × D) / µ
- जहाँ ρ = घनत्व, V = वेग, D = अभिलक्षणिक आयाम, µ = श्यानता
- लामिना का प्रवाह: दोबारा < 2300 (सुचारू, व्यवस्थित)
- संक्रमणकालीन: 2300-4000 रुपये
- अशांत प्रवाह: Re > 4000 (अव्यवस्थित, अनियमित)
- औद्योगिक मशीनरी: लगभग हमेशा अशांत शासन में संचालित होता है
अशांति विशेषताएँ
- यादृच्छिक वेग उतार-चढ़ाव: तात्कालिक वेग माध्य के आसपास अराजक रूप से बदलता रहता है
- भँवर और भंवर: विभिन्न आकारों की घूमती हुई संरचनाएँ
- ऊर्जा कैस्केड: बड़े भंवर क्रमशः छोटे भंवरों में टूट जाते हैं
- मिश्रण: संवेग, ऊष्मा और द्रव्यमान का तीव्र मिश्रण
- ऊर्जा क्षय: अशांत घर्षण गतिज ऊर्जा को ऊष्मा में परिवर्तित करता है
मशीनरी में अशांति के स्रोत
इनलेट गड़बड़ी
- खराब इनलेट डिज़ाइन: तीखे मोड़, अवरोध, अपर्याप्त सीधी लंबाई
- भंवर: प्ररित करनेवाला/पंखे में प्रवेश करने वाले द्रव का पूर्व-घूर्णन
- असमान वेग: वेग प्रोफ़ाइल आदर्श से विकृत
- प्रभाव: अशांति की तीव्रता में वृद्धि, कंपन में वृद्धि, प्रदर्शन में कमी
प्रवाह पृथक्करण
- प्रतिकूल दबाव प्रवणताएँ: प्रवाह सतहों से अलग हो जाता है
- ऑफ-डिज़ाइन ऑपरेशन: गलत प्रवाह कोण के कारण ब्लेड अलग हो जाते हैं
- छोटी दुकान: ब्लेड सक्शन पक्ष पर व्यापक पृथक्करण
- परिणाम: बहुत उच्च अशांति तीव्रता, अराजक बल
वेक क्षेत्र
- ब्लेड, स्ट्रट्स या अवरोधों के नीचे की ओर अशांत लहरें
- जाग में उच्च अशांति तीव्रता
- डाउनस्ट्रीम घटकों को अस्थिर बलों का अनुभव होता है
- बहु-चरणीय मशीनों में ब्लेड-वेक इंटरैक्शन महत्वपूर्ण है
उच्च-वेग क्षेत्र
- अशांति की तीव्रता आम तौर पर वेग के साथ बढ़ती है
- प्ररित करनेवाला टिप क्षेत्र, निर्वहन नोजल उच्च अशांति क्षेत्र
- स्थानीयकृत उच्च बल और घिसाव पैदा करता है
मशीनरी पर प्रभाव
कंपन उत्पादन
- ब्रॉडबैंड कंपन: अशांति व्यापक आवृत्ति रेंज में यादृच्छिक बल उत्पन्न करती है
- स्पेक्ट्रम: पृथक शिखरों के बजाय ऊंचा शोर तल
- आयाम: अशांति की तीव्रता के साथ बढ़ता है
- आवृति सीमा: अशांति-प्रेरित कंपन के लिए आमतौर पर 10-500 हर्ट्ज
शोर उत्पादन
- अशांति वायुगतिकीय शोर का प्राथमिक स्रोत है
- ब्रॉडबैंड "हूशिंग" या "रशिंग" ध्वनि
- शोर का स्तर वेग^6 के समानुपाती होता है (वेग के प्रति बहुत संवेदनशील)
- उच्च-वेग वाले पंखों में प्रमुख शोर स्रोत हो सकता है
दक्षता हानि
- अशांत घर्षण ऊर्जा का क्षय करता है
- दबाव वृद्धि और प्रवाह वितरण को कम करता है
- विशिष्ट अशांति हानियाँ: 2-10% इनपुट शक्ति
- ऑफ-डिज़ाइन संचालन के साथ बढ़ता है
Component Fatigue
- यादृच्छिक उतार-चढ़ाव वाले बल चक्रीय तनाव पैदा करते हैं
- उच्च आवृत्ति तनाव चक्रण
- ब्लेड और संरचना में योगदान देता है थकान
- विशेष रूप से उच्च वेग पर चिंताजनक
क्षरण और घिसाव
- अशांति अपघर्षक सेवा में क्षरण को बढ़ाती है
- अशांति प्रभाव सतहों द्वारा निलंबित कण
- उच्च-अशांति वाले क्षेत्रों में त्वरित घिसाव
पता लगाना और निदान
कंपन स्पेक्ट्रम संकेतक
- उन्नत ब्रॉडबैंड: स्पेक्ट्रम में उच्च शोर स्तर
- पृथक चोटियों का अभाव: विशिष्ट आवृत्तियों वाले यांत्रिक दोषों के विपरीत
- प्रवाह पर निर्भर: ब्रॉडबैंड स्तर प्रवाह दर के साथ बदलता रहता है
- बीईपी पर न्यूनतम: डिज़ाइन बिंदु पर सबसे कम अशांति
ध्वनिक विश्लेषण
- ध्वनि दबाव स्तर माप
- ब्रॉडबैंड शोर में वृद्धि अशांति का संकेत देती है
- कंपन स्पेक्ट्रम के समान ध्वनिक स्पेक्ट्रम
- दिशात्मक माइक्रोफ़ोन अशांति स्रोतों का पता लगा सकते हैं
प्रवाह दृश्यीकरण
- डिजाइन के दौरान कम्प्यूटेशनल द्रव गतिकी (सीएफडी)
- परीक्षण में प्रवाह धाराएँ या धुएँ का दृश्य
- उतार-चढ़ाव दिखाने वाले दबाव माप
- अनुसंधान में कण छवि वेलोसिमेट्री (PIV)
शमन रणनीतियाँ
इनलेट डिज़ाइन में सुधार
- अपस्ट्रीम में पर्याप्त सीधी पाइप लंबाई प्रदान करें (न्यूनतम 5-10 व्यास)
- प्रवेश से ठीक पहले तीखे मोड़ों को हटा दें
- फ्लो स्ट्रेटनर या टर्निंग वेन का उपयोग करें
- बेल-माउथ या सुव्यवस्थित इनलेट अशांति उत्पादन को कम करते हैं
ऑपरेटिंग पॉइंट अनुकूलन
- सर्वोत्तम दक्षता बिंदु (बीईपी) के निकट परिचालन
- प्रवाह कोण ब्लेड कोण से मेल खाते हैं, जिससे पृथक्करण न्यूनतम हो जाता है
- न्यूनतम अशांति उत्पादन
- इष्टतम बिंदु बनाए रखने के लिए परिवर्तनीय गति नियंत्रण
डिज़ाइन संशोधन
- प्रवाह मार्गों में सहज संक्रमण (कोई तीखे कोने नहीं)
- प्रवाह को धीरे-धीरे धीमा करने के लिए डिफ्यूज़र
- भंवर निरोधक या भंवर-रोधी उपकरण
- अशांति से उत्पन्न शोर को अवशोषित करने के लिए ध्वनिक अस्तर
अशांति बनाम अन्य प्रवाह घटनाएँ
अशांति बनाम गुहिकायन
- अशांति: ब्रॉडबैंड, निरंतर, प्रवाह-निर्भर
- गुहिकायन: आवेगी, उच्च आवृत्ति, एनपीएसएच-निर्भर
- दोनों: एक साथ रह सकते हैं, दोनों ब्रॉडबैंड कंपन पैदा करते हैं
अशांति बनाम पुनःपरिसंचरण
- अशांति: यादृच्छिक, ब्रॉडबैंड, सभी प्रवाहों पर मौजूद
- पुनःपरिसंचरण: संगठित अस्थिरता, कम आवृत्ति स्पंदन, केवल कम प्रवाह पर
- संबंध: पुनःपरिसंचरण क्षेत्र अत्यधिक अशांत होते हैं
प्रवाह विक्षोभ, घूर्णनशील मशीनों में उच्च-वेग वाले द्रव प्रवाह की एक अंतर्निहित विशेषता है। यद्यपि यह अपरिहार्य है, इसकी तीव्रता और प्रभावों को उचित इनलेट डिज़ाइन, डिज़ाइन-बिंदु के निकट संचालन और प्रवाह अनुकूलन के माध्यम से कम किया जा सकता है। विक्षोभ को ब्रॉडबैंड कंपन और शोर के स्रोत के रूप में समझने से असतत-आवृत्ति यांत्रिक दोषों से अंतर करना संभव होता है और यांत्रिक मरम्मत के बजाय प्रवाह स्थितियों पर केंद्रित उचित सुधारात्मक कार्रवाइयों का मार्गदर्शन मिलता है।.
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