유동 난류란 무엇인가요? 비정상 유동 진동 • 휴대용 밸런서, 진동 분석기 "밸런셋"은 파쇄기, 팬, 멀처, 콤바인, 샤프트, 원심분리기, 터빈 및 기타 여러 로터의 동적 밸런싱을 위한 제품입니다. 유동 난류란 무엇인가요? 비정상 유동 진동 • 휴대용 밸런서, 진동 분석기 "밸런셋"은 파쇄기, 팬, 멀처, 콤바인, 샤프트, 원심분리기, 터빈 및 기타 여러 로터의 동적 밸런싱을 위한 제품입니다.

유동 난류란 무엇인가? 비정상 유동 진동

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유동 난류 이해

정의: 난류 흐름이란 무엇인가?

유동 난류 난류는 펌프, 팬, 압축기 및 배관 시스템에서 무작위 속도 변동, 소용돌이, 와류를 특징으로 하는 무질서하고 불규칙적인 유체 운동입니다. 유체 입자가 규칙적이고 평행한 경로로 움직이는 매끄러운 층류와 달리, 난류는 속도와 압력이 지속적으로 변하는 무작위적인 3차원 운동을 보입니다. 회전 기계에서 난류는 임펠러와 블레이드에 비정상 힘을 생성하여 광대역을 생성합니다. 진동, 소음, 에너지 손실이 발생하고 구성 요소 피로에 영향을 미칩니다.

일부 난류는 많은 응용 분야에서 불가피하고 바람직하기까지 하지만(난류는 더 나은 혼합과 열전달을 제공함), 입구 조건이 좋지 않거나 설계에서 벗어난 작동 또는 흐름 분리로 인해 과도한 난류가 발생하면 진동 문제가 발생하고 효율성이 떨어지며 펌프와 팬의 기계적 마모가 가속화됩니다.

난류 유동의 특성

흐름 체제 전환

레이놀즈 수에 따른 층류에서 난류로의 흐름 전환:

  • 레이놀즈 수(Re): Re = (ρ × V × D) / µ
  • 여기서 ρ = 밀도, V = 속도, D = 특성 차원, µ = 점도
  • 층류: 답장 < 2300 (부드럽고, 정렬됨)
  • 전환기: 2300-4000 재
  • 난류: Re > 4000 (혼란스럽고 불규칙함)
  • 산업용 기계: 거의 항상 격동의 체제에서 운영됩니다.

난류 특성

  • 무작위 속도 변동: 순간 속도는 평균 주위에서 혼란스럽게 변합니다.
  • 와류와 소용돌이: 다양한 크기의 소용돌이 구조물
  • 에너지 캐스케이드: 큰 소용돌이는 점점 더 작은 소용돌이로 분해됩니다.
  • 혼입: 운동량, 열, 질량의 빠른 혼합
  • 에너지 소실: 난류 마찰은 운동 에너지를 열로 변환합니다.

기계의 난류 원인

유입 교란

  • 불량한 유입 설계: 급커브, 장애물, 직선거리 부족
  • 소용돌이: 임펠러/팬에 유입되는 유체의 사전 회전
  • 비균일 속도: 이상에서 왜곡된 속도 프로필
  • 효과: 난류 강도 증가, 진동 증가, 성능 저하

흐름 분리

  • 역압력 구배: 흐름이 표면에서 분리됩니다.
  • 비설계 작업: 잘못된 흐름 각도로 인해 블레이드 분리 발생
  • 마구간: 블레이드 흡입 측의 광범위한 분리
  • 결과: 매우 높은 난류 강도, 혼란스러운 힘

웨이크 지역

  • 블레이드, 스트럿 또는 장애물 하류의 난류 후류
  • 후류의 높은 난류 강도
  • 하류 구성 요소는 불안정한 힘을 경험합니다.
  • 다단계 기계에서 중요한 블레이드-후류 상호 작용

고속 지역

  • 난류 강도는 일반적으로 속도에 따라 증가합니다.
  • 임펠러 팁 영역, 배출 노즐 고난류 영역
  • 국부적으로 높은 힘과 마모를 생성합니다.

기계에 미치는 영향

진동 생성

  • 광대역 진동: 난류는 넓은 주파수 범위에 걸쳐 무작위적인 힘을 생성합니다.
  • 스펙트럼: 개별 피크보다는 높은 노이즈 플로어
  • 진폭: 난류 강도에 따라 증가
  • 주파수 범위: 일반적으로 난류로 인한 진동의 경우 10~500Hz

소음 생성

  • 난류는 공기역학적 소음의 주요 원인입니다.
  • 광대역 "후우싱" 또는 "러싱" 사운드
  • 소음 수준은 속도에 비례합니다^6 (속도에 매우 민감함)
  • 고속 팬의 주요 소음원이 될 수 있음

효율성 손실

  • 난류 마찰은 에너지를 소산시킨다
  • 압력 상승 및 유량 전달 감소
  • 일반적인 난류 손실: 입력 전력의 2-10%
  • 설계 외 작업으로 증가

구성 요소 피로도

  • 무작위로 변동하는 힘은 순환적 응력을 생성합니다.
  • 고주파 스트레스 사이클링
  • 블레이드와 구조에 기여합니다 피로
  • 특히 고속에서 우려되는 사항

침식 및 마모

  • 난류는 연마 서비스에서 침식을 증가시킵니다.
  • 난류 충격 표면에 의해 부유하는 입자
  • 난류가 심한 지역에서의 가속 마모

탐지 및 진단

진동 스펙트럼 표시기

  • 고급 광대역: 스펙트럼 전반에 걸쳐 높은 노이즈 플로어
  • 개별 피크가 부족함: 특정 주파수의 기계적 결함과 달리
  • 흐름에 따라 다름: 광대역 레벨은 유량에 따라 다릅니다.
  • BEP 최소: 설계점에서의 가장 낮은 난류

음향 분석

  • 음압 레벨 측정
  • 광대역 잡음 증가는 난류를 나타냅니다.
  • 진동 스펙트럼과 유사한 음향 스펙트럼
  • 지향성 마이크는 난류원을 찾을 수 있습니다.

흐름 시각화

  • 설계 중 전산 유체 역학(CFD)
  • 테스트에서의 흐름 스트리머 또는 연기 시각화
  • 변동을 보여주는 압력 측정
  • 연구에서의 입자 영상 속도 측정(PIV)

완화 전략

입구 설계 개선

  • 상류에 적절한 직관 길이를 제공하십시오(최소 5-10 직경)
  • 입구 바로 직전의 급격한 굽힘을 제거하세요
  • 흐름 교정기 또는 회전 날개를 사용하십시오.
  • 벨마우스 또는 유선형 입구는 난류 발생을 줄입니다.

운영 지점 최적화

  • 최적 효율 지점(BEP) 근처에서 운영
  • 흐름 각도는 블레이드 각도와 일치하여 분리를 최소화합니다.
  • 최소 난류 생성
  • 최적의 지점을 유지하기 위한 가변 속도 제어

디자인 수정

  • 흐름 통로의 원활한 전환(급격한 모서리 없음)
  • 흐름을 점진적으로 감속시키는 디퓨저
  • 와류 억제기 또는 와류 방지 장치
  • 난류로 인한 소음을 흡수하는 음향 라이닝

난류 vs. 기타 흐름 현상

난류 vs. 캐비테이션

  • 난류: 광대역, 연속, 흐름에 따라 다름
  • 캐비테이션: 충동적, 고주파, NPSH 의존적
  • 둘 다: 공존할 수 있으며 둘 다 광대역 진동을 생성합니다.

난류 대 재순환

  • 난류: 무작위, 광대역, 모든 흐름에 존재
  • 재순환: 조직화된 불안정성, 저주파 맥동, 낮은 흐름에서만 발생
  • 관계: 재순환 구역은 매우 난류가 심합니다.

유동 난류는 회전 기계의 고속 유체 흐름에 내재된 특성입니다. 불가피하지만, 적절한 입구 설계, 설계점 근처 운전, 그리고 유동 최적화를 통해 그 강도와 영향을 최소화할 수 있습니다. 광대역 진동 및 소음의 원인으로 난류를 이해하면 이산 주파수 기계적 결함과 구별할 수 있으며, 기계적 수리보다는 유동 조건에 초점을 맞춘 적절한 시정 조치를 취할 수 있습니다.

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