Apa itu Turbulensi Aliran? Getaran Aliran Tak Tetap • Penyeimbang portabel, penganalisis getaran "Balanset" untuk penyeimbang dinamis penghancur, kipas, mulcher, auger pada mesin pemanen, poros, sentrifus, turbin, dan banyak rotor lainnya. Apa itu Turbulensi Aliran? Getaran Aliran Tak Tetap • Penyeimbang portabel, penganalisis getaran "Balanset" untuk penyeimbang dinamis penghancur, kipas, mulcher, auger pada mesin pemanen, poros, sentrifus, turbin, dan banyak rotor lainnya.

Apa itu Turbulensi Aliran? Getaran Aliran Tak Tetap

Diterbitkan oleh admin pada

Memahami Turbulensi Aliran

Definisi: Apa itu Turbulensi Aliran?

Turbulensi aliran adalah gerakan fluida yang kacau dan tidak teratur yang ditandai oleh fluktuasi kecepatan acak, pusaran berputar, dan vortisitas pada pompa, kipas, kompresor, dan sistem perpipaan. Tidak seperti aliran laminar halus di mana partikel fluida bergerak dalam lintasan paralel yang teratur, aliran turbulen menunjukkan gerakan tiga dimensi acak dengan kecepatan dan tekanan yang terus berubah. Pada mesin berputar, turbulensi menciptakan gaya yang tidak stabil pada impeller dan sudu, menghasilkan pita lebar. getaran, kebisingan, kehilangan energi, dan berkontribusi terhadap kelelahan komponen.

Meskipun beberapa turbulensi tidak dapat dihindari dan bahkan diinginkan dalam banyak aplikasi (aliran turbulen memberikan pencampuran dan perpindahan panas yang lebih baik), turbulensi yang berlebihan akibat kondisi saluran masuk yang buruk, pengoperasian di luar desain, atau pemisahan aliran menciptakan masalah getaran, mengurangi efisiensi, dan mempercepat keausan mekanis pada pompa dan kipas.

Karakteristik Aliran Turbulen

Transisi Rezim Aliran

Aliran beralih dari laminar ke turbulen berdasarkan bilangan Reynolds:

  • Bilangan Reynolds (Re): Re = (ρ × V × D) / µ
  • Dimana ρ = densitas, V = kecepatan, D = dimensi karakteristik, µ = viskositas
  • Aliran Laminar: Ulang < 2300 (halus, teratur)
  • Transisi: Mengenai 2300-4000
  • Aliran Turbulen: Re > 4000 (kacau, tidak teratur)
  • Mesin Industri: Hampir selalu beroperasi dalam rezim turbulen

Karakteristik Turbulensi

  • Fluktuasi Kecepatan Acak: Kecepatan sesaat bervariasi secara kacau di sekitar rata-rata
  • Pusaran dan pusaran: Struktur berputar dengan berbagai ukuran
  • Kaskade Energi: Pusaran air yang besar terpecah menjadi pusaran air yang semakin kecil
  • Percampuran: Pencampuran cepat momentum, panas, dan massa
  • Disipasi Energi: Gesekan turbulen mengubah energi kinetik menjadi panas

Sumber Turbulensi pada Mesin

Gangguan Saluran Masuk

  • Desain Saluran Masuk yang Buruk: Tikungan tajam, halangan, panjang lurus tidak memadai
  • Keramaian: Pra-rotasi fluida yang masuk ke impeller/kipas
  • Kecepatan Tidak Seragam: Profil kecepatan terdistorsi dari ideal
  • Memengaruhi: Meningkatnya intensitas turbulensi, peningkatan getaran, penurunan kinerja

Pemisahan Aliran

  • Gradien Tekanan Buruk: Aliran terpisah dari permukaan
  • Operasi di Luar Desain: Sudut aliran yang salah menyebabkan pemisahan pada bilah
  • Macet: Pemisahan yang luas pada sisi hisap bilah
  • Hasil: Intensitas turbulensi sangat tinggi, kekuatan kacau

Wilayah Wake

  • Gelombang turbulen mengalir ke hilir dari bilah, penyangga, atau penghalang
  • Intensitas turbulensi tinggi saat bangun
  • Komponen hilir mengalami gaya yang tidak stabil
  • Interaksi blade-wake penting dalam mesin multi-tahap

Daerah Kecepatan Tinggi

  • Intensitas turbulensi umumnya meningkat seiring dengan kecepatan
  • Daerah ujung impeller, nozel pembuangan area turbulensi tinggi
  • Menciptakan gaya dan keausan lokal yang tinggi

Dampak pada Mesin

Pembangkit Getaran

  • Getaran Pita Lebar: Turbulensi menciptakan gaya acak pada rentang frekuensi yang luas
  • Spektrum: Tingkat kebisingan yang lebih tinggi daripada puncak-puncak yang terpisah
  • Amplitudo: Meningkat seiring dengan intensitas turbulensi
  • Rentang Frekuensi: Biasanya 10-500 Hz untuk getaran yang disebabkan oleh turbulensi

Pembangkitan Kebisingan

  • Turbulensi adalah sumber utama kebisingan aerodinamis
  • Suara “whooshing” atau “rushing” pita lebar
  • Tingkat kebisingan proporsional terhadap kecepatan^6 (sangat sensitif terhadap kecepatan)
  • Dapat menjadi sumber kebisingan dominan pada kipas berkecepatan tinggi

Kerugian Efisiensi

  • Gesekan turbulen menghilangkan energi
  • Mengurangi kenaikan tekanan dan pengiriman aliran
  • Kerugian turbulensi tipikal: 2-10% daya input
  • Meningkat dengan operasi di luar desain

Kelelahan Komponen

  • Kekuatan fluktuasi acak menciptakan tekanan siklik
  • Siklus tegangan frekuensi tinggi
  • Berkontribusi pada bilah dan struktur kelelahan
  • Terutama mengkhawatirkan pada kecepatan tinggi

Erosi dan Keausan

  • Turbulensi meningkatkan erosi pada layanan abrasif
  • Partikel yang tersuspensi oleh permukaan tumbukan turbulensi
  • Keausan yang dipercepat di wilayah dengan turbulensi tinggi

Deteksi dan Diagnosis

Indikator Spektrum Getaran

  • Pita Lebar Tinggi: Tingkat kebisingan tinggi di seluruh spektrum
  • Kurangnya Puncak Diskrit: Tidak seperti kesalahan mekanis dengan frekuensi tertentu
  • Bergantung pada Aliran: Tingkat pita lebar bervariasi dengan laju aliran
  • Minimum pada BEP: Turbulensi terendah pada titik desain

Analisis Akustik

  • Pengukuran tingkat tekanan suara
  • Peningkatan kebisingan pita lebar menunjukkan turbulensi
  • Spektrum akustik mirip dengan spektrum getaran
  • Mikrofon terarah dapat menemukan sumber turbulensi

Visualisasi Aliran

  • Dinamika Fluida Komputasi (CFD) selama desain
  • Aliran pita atau visualisasi asap dalam pengujian
  • Pengukuran tekanan menunjukkan fluktuasi
  • Particle Image Velocimetry (PIV) dalam penelitian

Strategi Mitigasi

Peningkatan Desain Saluran Masuk

  • Sediakan panjang pipa lurus yang memadai di hulu (minimal 5-10 diameter)
  • Hilangkan tikungan tajam tepat sebelum saluran masuk
  • Gunakan pelurus aliran atau bilah pemutar
  • Saluran masuk berbentuk lonceng atau saluran masuk yang ramping mengurangi pembentukan turbulensi

Optimasi Titik Operasi

  • Beroperasi mendekati titik efisiensi terbaik (BEP)
  • Sudut aliran sesuai dengan sudut bilah, meminimalkan pemisahan
  • Generasi turbulensi minimum
  • Kontrol kecepatan variabel untuk mempertahankan titik optimal

Modifikasi Desain

  • Transisi halus dalam jalur aliran (tidak ada sudut tajam)
  • Diffuser untuk memperlambat aliran secara bertahap
  • Penekan pusaran atau perangkat anti-pusaran
  • Lapisan akustik untuk menyerap kebisingan yang dihasilkan turbulensi

Turbulensi vs. Fenomena Aliran Lainnya

Turbulensi vs. Kavitasi

  • Pergolakan: Pita lebar, berkelanjutan, bergantung pada aliran
  • Kavitasi: Impulsif, frekuensi lebih tinggi, bergantung pada NPSH
  • Keduanya: Dapat hidup berdampingan, keduanya menciptakan getaran pita lebar

Turbulensi vs. Resirkulasi

  • Pergolakan: Acak, pita lebar, hadir di semua aliran
  • Resirkulasi: Ketidakstabilan terorganisir, denyut frekuensi rendah, hanya pada aliran rendah
  • Hubungan: Zona resirkulasi sangat bergejolak

Turbulensi aliran merupakan karakteristik inheren aliran fluida berkecepatan tinggi pada mesin berputar. Meskipun tidak dapat dihindari, intensitas dan dampaknya dapat diminimalkan melalui desain saluran masuk yang tepat, pengoperasian mendekati titik desain, dan optimalisasi aliran. Memahami turbulensi sebagai sumber getaran dan kebisingan broadband memungkinkan pemisahan dari gangguan mekanis frekuensi diskrit dan memandu tindakan korektif yang tepat yang berfokus pada kondisi aliran, alih-alih perbaikan mekanis.

← Kembali ke Indeks Utama

Kategori:
WhatsApp