Az áramlási turbulencia megértése
Definíció: Mi az áramlási turbulencia?
Áramlási turbulencia kaotikus, szabálytalan folyadékmozgás, amelyet véletlenszerű sebességingadozások, örvények és örvények jellemeznek szivattyúkban, ventilátorokban, kompresszorokban és csővezetékrendszerekben. A sima lamináris áramlással ellentétben, ahol a folyadékrészecskék rendezett, párhuzamos pályákon mozognak, a turbulens áramlás véletlenszerű háromdimenziós mozgást mutat folyamatosan változó sebességgel és nyomással. Forgó gépekben a turbulencia ingadozó erőket hoz létre a járókerekeken és a lapátokon, szélessávú hullámokat generálva. rezgés, zaj, energiaveszteség, és hozzájárul az alkatrészek kifáradásához.
Míg bizonyos mértékű turbulencia elkerülhetetlen, sőt számos alkalmazásban kívánatos (a turbulens áramlás jobb keverést és hőátadást biztosít), a rossz bemeneti körülményekből, a nem tervezett működésből vagy az áramlás szétválása miatti túlzott turbulencia rezgési problémákat okoz, csökkenti a hatékonyságot, és felgyorsítja a szivattyúk és ventilátorok mechanikai kopását.
A turbulens áramlás jellemzői
Áramlási rendszer átmenet
Az áramlás laminárisból turbulensbe való átmenete a Reynolds-szám alapján:
- Reynolds-szám (Re): Re = (ρ × V × D) / µ
- Ahol ρ = sűrűség, V = sebesség, D = karakterisztikus dimenzió, µ = viszkozitás
- Lamináris áramlás: Újra < 2300 (sima, rendezett)
- Átmeneti: 2300-4000-es értékre
- Turbulens áramlás: Re > 4000 (kaotikus, szabálytalan)
- Ipari gépek: Szinte mindig turbulens üzemmódban működik
Turbulencia jellemzői
- Véletlenszerű sebességingadozások: A pillanatnyi sebesség kaotikusan változik az átlag körül
- Örvények és örvények: Különböző méretű örvénylő szerkezetek
- Energiakaszkád: A nagy örvények fokozatosan kisebb örvényekre bomlanak
- Keverés: A lendület, a hő és a tömeg gyors keveredése
- Energiaelnyelés: A turbulens súrlódás a mozgási energiát hővé alakítja
A gépek turbulenciájának forrásai
Bemeneti zavarok
- Rossz bemeneti kialakítás: Éles kanyarok, akadályok, nem megfelelő egyenes szakaszok
- Örvény: A járókerékbe/ventilátorba belépő folyadék előforgása
- Nem egyenletes sebesség: A sebességprofil torzult az ideálistól
- Hatás: Megnövekedett turbulencia intenzitás, fokozott rezgés, csökkent teljesítmény
Áramlásszétválasztás
- Ellentétes nyomásgradiensek: Az áramlás elválik a felületektől
- Tervezésen kívüli működés: Rossz áramlási szögek, amelyek a pengék szétválását okozzák
- Stadion: Kiterjedt leválasztás a lapát szívóoldalán
- Eredmény: Nagyon magas turbulencia intenzitás, kaotikus erők
Wake régiók
- Turbulens hullámok a lapátok, merevítők vagy akadályok után
- Nagy turbulencia intenzitás a nyomában
- A folyásirányban lévő alkatrészek ingadozó erőhatásoknak vannak kitéve.
- A penge-nyom kölcsönhatás fontos a többfokozatú gépekben
Nagy sebességű régiók
- A turbulencia intenzitása általában a sebességgel növekszik
- Járókerék-végek, nyomófúvókák nagy turbulenciájú területei
- Nagy helyi erőket és kopást hoz létre
Gépekre gyakorolt hatások
Rezgésgenerálás
- Szélessávú rezgés: A turbulencia véletlenszerű erőket hoz létre széles frekvenciatartományban
- Spektrum: Megemelt zajszint a különálló csúcsok helyett
- Amplitúdó: A turbulencia intenzitásával növekszik
- Frekvenciatartomány: Turbulencia által kiváltott rezgés esetén jellemzően 10-500 Hz
Zajkeltés
- A turbulencia az aerodinamikai zaj elsődleges forrása
- Szélessávú “suhogó” vagy “rohanó” hang
- A zajszint arányos a sebességgel^6 (nagyon érzékeny a sebességre)
- Nagy sebességű ventilátorokban domináns zajforrás lehet
Hatékonysági veszteségek
- A turbulens súrlódás elnyeli az energiát
- Csökkenti a nyomásemelkedést és az áramlást
- Tipikus turbulenciaveszteségek: 2-10% bemeneti teljesítmény
- Növekszik a tervezettnél eltérő működés esetén
Komponens fáradtság
- A véletlenszerűen változó erők ciklikus feszültséget hoznak létre
- Nagyfrekvenciás stresszciklus
- Hozzájárul a penge és a szerkezet kialakításához fáradtság
- Különösen aggasztó nagy sebességnél
Erózió és kopás
- A turbulencia fokozza az eróziót abrazív közegben
- Turbulencia ütközési felületei által lebegő részecskék
- Gyorsított kopás a nagy turbulenciájú régiókban
Észlelés és diagnózis
Rezgési spektrum indikátorok
- Emelt szélessávú internet: Magas zajszint a teljes spektrumban
- Diszkrét csúcsok hiánya: Ellentétben a meghatározott frekvenciájú mechanikai hibákkal
- Áramlásfüggő: A szélessávú szint az áramlási sebességgel változik
- Minimum a BEP-en: Legalacsonyabb turbulencia a tervezési ponton
Akusztikai elemzés
- Hangnyomásszint mérések
- A szélessávú zaj növekedése turbulenciát jelez
- Akusztikus spektrum, amely hasonló a rezgési spektrumhoz
- Iránymikrofonok képesek a turbulencia forrásainak megtalálására
Áramlásvizualizáció
- Számítógépes folyadékdinamika (CFD) a tervezés során
- Áramlási szalagok vagy füstvizualizáció a tesztben
- Nyomásmérések, amelyek ingadozásokat mutatnak
- Részecskekép-sebességmérés (PIV) a kutatásban
Mérséklési stratégiák
Beömlőnyílás-tervezés fejlesztései
- Biztosítson megfelelő egyenes csőhosszt az áramlási irányból (legalább 5-10 átmérőjű cső)
- Szüntesse meg az éles kanyarokat közvetlenül a beömlőnyílás előtt
- Használjon áramláskiegyenesítőket vagy forgólapátokat
- A harang alakú vagy áramvonalas bemenetek csökkentik a turbulencia keletkezését
Üzemi pont optimalizálás
- A legjobb hatásfok közelében (BEP) történő működés
- Az áramlási szögek illeszkednek a pengeszögekhez, minimalizálva a szétválást
- Minimális turbulencia keletkezés
- Változtatható sebességszabályozás az optimális pont fenntartásához
Tervezési módosítások
- Sima átmenetek az áramlási járatokban (nincsenek éles sarkok)
- Diffúzorok az áramlás fokozatos lassításához
- Örvénycsillapítók vagy örvénygátló eszközök
- Akusztikai bélés a turbulencia által keltett zaj elnyelésére
Turbulencia vs. egyéb áramlási jelenségek
Turbulencia vs. kavitáció
- Turbulencia: Szélessávú, folyamatos, áramlásfüggő
- Kavitáció: Impulzív, magasabb frekvenciájú, NPSH-függő
- Mindkét: Együtt létezhetnek, mindkettő szélessávú rezgést hoz létre
Turbulencia vs. recirkuláció
- Turbulencia: Véletlenszerű, szélessávú, minden áramlásban jelen van
- Recirkuláció: Szervezett instabilitás, alacsony frekvenciájú pulzációk, csak alacsony áramlásnál
- Kapcsolat: A recirkulációs zónák rendkívül turbulensek
Az áramlási turbulencia a forgó gépekben áramló nagy sebességű folyadékok velejáró jellemzője. Bár elkerülhetetlen, intenzitása és hatásai minimalizálhatók a megfelelő bemeneti kialakítással, a tervezési ponthoz közeli működéssel és az áramlás optimalizálásával. A turbulencia, mint a szélessávú rezgés és zaj forrásának megértése lehetővé teszi a megkülönböztetést a diszkrét frekvenciájú mechanikai hibáktól, és iránymutatást ad a megfelelő korrekciós intézkedésekhez, amelyek az áramlási viszonyokra, nem pedig a mechanikai javításokra összpontosítanak.
EN 
AR 
AZ 
BG 
ZH 
HR 
CS 
DA 
NL 
ET 
FI 
FR 
DE 
KA 
EL 
HE 
HI 
HU 
ID 
IT 
JA 
KO 
LV 
LT 
MS 
NB 
FA 
PL 
PT_BR 
PT 
RO 
SR 
SK 
SL 
ES 
SV 
TH 
TR 
UR 
UK 
VI 