Srauto turbulencijos supratimas
Apibrėžimas: Kas yra srauto turbulencija?
Srauto turbulencija yra chaotiškas, netolygus skysčio judėjimas, kuriam būdingi atsitiktiniai greičio svyravimai, sūkuriniai sūkuriai ir sūkuriai siurbliuose, ventiliatoriuose, kompresoriuose ir vamzdynų sistemose. Skirtingai nuo sklandaus laminarinio srauto, kuriame skysčio dalelės juda tvarkingais lygiagrečiais keliais, turbulentinis srautas rodo atsitiktinį trimatį judėjimą su nuolat kintančiu greičiu ir slėgiu. Besisukančiuose mechanizmuose turbulencija sukuria nestabilias jėgas sparnuotėms ir mentėms, generuodama plačiajuostį ryšį. vibracija, triukšmą, energijos nuostolius ir prisideda prie komponentų nuovargio.
Nors daugelyje sričių tam tikra turbulencija yra neišvengiama ir netgi pageidautina (turbulentinis srautas užtikrina geresnį maišymą ir šilumos perdavimą), per didelė turbulencija dėl prastų įleidimo sąlygų, ne pagal projektinį režimą arba srauto atsiskyrimo sukelia vibracijos problemas, mažina efektyvumą ir pagreitina mechaninį siurblių bei ventiliatorių susidėvėjimą.
Turbulentinio srauto charakteristikos
Srauto režimo perėjimas
Srauto perėjimas iš laminarinio į turbulencinį pagal Reinoldso skaičių:
- Reinoldso skaičius (Re): Re = (ρ × V × D) / µ
- Kur ρ = tankis, V = greitis, D = būdingas matmuo, µ = klampumas
- Laminarinis srautas: Re < 2300 (lygus, sutvarkytas)
- Pereinamasis laikotarpis: Re 2300-4000
- Turbulentinis srautas: Re > 4000 (chaotiškas, netaisyklingas)
- Pramoninės mašinos: Beveik visada veikia turbulentiniu režimu
Turbulencijos charakteristikos
- Atsitiktiniai greičio svyravimai: Momentinis greitis chaotiškai kinta aplink vidurkį
- Eddies ir sūkuriai: Įvairių dydžių sūkurinės struktūros
- Energijos kaskada: Dideli sūkuriai skyla į vis mažesnius sūkurius
- Maišymas: Greitas impulso, šilumos ir masės maišymasis
- Energijos išsklaidymas: Turbulentinė trintis kinetinę energiją paverčia šiluma
Mašinų turbulencijos šaltiniai
Įleidimo sutrikimai
- Prastas įleidimo angos dizainas: Staigūs posūkiai, kliūtys, nepakankamas tiesus ilgis
- Sūkurys: Į sparnuotę/ventiliatorių patenkančio skysčio išankstinis sukimasis
- Netolygus greitis: Greičio profilis iškreiptas nuo idealaus
- Poveikis: Padidėjęs turbulencijos intensyvumas, padidėjusi vibracija, sumažėjęs našumas
Srauto atskyrimas
- Nepalankūs slėgio gradientai: Srautas atsiskiria nuo paviršių
- Neprojektinė operacija: Neteisingi srauto kampai, dėl kurių atsiskiria menčių ašmenys
- Prekystalis: Didelis atskyrimas mentės siurbimo pusėje
- Rezultatas: Labai didelis turbulencijos intensyvumas, chaotiškos jėgos
Wake regionai
- Turbulentiniai pėdsakai pasroviui nuo menčių, atramų ar kliūčių
- Didelis turbulencijos intensyvumas povandenyje
- Pasroviui esantys komponentai patiria nestabilias jėgas
- Daugiapakopėse mašinose svarbi ašmenų ir žaibo sąveika
Didelio greičio regionai
- Turbulencijos intensyvumas paprastai didėja didėjant greičiui
- Sparnuotės galiukų sritys, išleidimo antgalių didelės turbulencijos sritys
- Sukuria dideles lokalizuotas jėgas ir dilimą
Poveikis mašinoms
Vibracijos generavimas
- Plačiajuosčio ryšio vibracija: Turbulencija sukuria atsitiktines jėgas plačiame dažnių diapazone
- Spektras: Padidintas triukšmo lygis, o ne atskiri pikai
- Amplitudė: Didėja kartu su turbulencijos intensyvumu
- Dažnių diapazonas: Paprastai 10–500 Hz turbulencijos sukeltai vibracijai
Triukšmo generavimas
- Turbulencija yra pagrindinis aerodinaminio triukšmo šaltinis
- Plačiajuosčio ryšio “švilpiantis” arba “ūžiantis” garsas
- Triukšmo lygis proporcingas greičiui^6 (labai jautrus greičiui)
- Gali būti pagrindinis triukšmo šaltinis didelio greičio ventiliatoriuose
Efektyvumo nuostoliai
- Turbulentinė trintis išsklaido energiją
- Sumažina slėgio kilimą ir srauto tiekimą
- Tipiniai turbulencijos nuostoliai: 2–10% įėjimo galios
- Padidėja dėl ne pagal projektą veikiančios eksploatacijos
Komponentų nuovargis
- Atsitiktinės svyruojančios jėgos sukuria ciklinį įtempį
- Aukšto dažnio įtempio ciklas
- Prisideda prie ašmenų ir struktūros nuovargis
- Ypač nerimą kelia dideliu greičiu
Erozija ir dilimas
- Turbulencija skatina eroziją abrazyvinėse patalpose
- Turbulencijos smūgio paviršių suspenduotos dalelės
- Pagreitintas nusidėvėjimas didelės turbulencijos regionuose
Aptikimas ir diagnozė
Vibracijos spektro indikatoriai
- Padidintas plačiajuostis ryšys: Aukštas triukšmo lygis visame spektre
- Diskrečių viršūnių trūkumas: Skirtingai nuo mechaninių gedimų, turinčių specifinius dažnius
- Priklauso nuo srauto: Plačiajuosčio ryšio lygis kinta priklausomai nuo srauto greičio
- Minimalus BEP: Mažiausia turbulencija projektavimo taške
Akustinė analizė
- Garso slėgio lygio matavimai
- Plačiajuosčio ryšio triukšmo padidėjimas rodo turbulenciją
- Akustinis spektras, panašus į vibracijos spektrą
- Kryptiniai mikrofonai gali aptikti turbulencijos šaltinius
Srauto vizualizacija
- Skaičiuojamoji skysčių dinamika (CFD) projektavimo metu
- Srauto srautai arba dūmų vizualizacija bandyme
- Slėgio matavimai rodo svyravimus
- Dalelių vaizdo velocimetrija (PIV) tyrimuose
Švelninimo strategijos
Įleidimo angos dizaino patobulinimai
- Užtikrinkite pakankamą tiesų vamzdžio ilgį prieš srovę (mažiausiai 5–10 skersmenų)
- Pašalinkite staigius posūkius prieš pat įleidimo angą
- Naudokite srauto tiesintuvus arba posūkio mentes
- Varpo formos arba aptakios įleidimo angos sumažina turbulencijos susidarymą
Veikimo taškų optimizavimas
- Veikti artimiausiu efektyviausiu tašku (BEP)
- Srauto kampai atitinka menčių kampus, taip sumažinant atsiskyrimą
- Minimalus turbulencijos generavimas
- Kintamo greičio valdymas optimaliam taškui palaikyti
Dizaino modifikacijos
- Sklandūs perėjimai srauto kanaluose (be aštrių kampų)
- Difuzoriai, skirti palaipsniui sulėtinti srautą
- Sūkurių slopintuvai arba sūkurių slopinimo įtaisai
- Akustinis pamušalas turbulencijos keliamam triukšmui sugerti
Turbulencija ir kiti srauto reiškiniai
Turbulencija ir kavitacija
- Turbulencija: Plačiajuostis, nuolatinis, priklausomas nuo srauto
- Kavitacija: Impulsyvus, aukštesnio dažnio, priklausomas nuo NPSH
- Abu: Gali egzistuoti kartu, abu sukuria plačiajuosčio ryšio vibraciją
Turbulencija ir recirkuliacija
- Turbulencija: Atsitiktinis, plačiajuostis, esantis visuose srautuose
- Recirkuliacija: Organizuotas nestabilumas, žemo dažnio pulsacijos, tik esant mažam srautui
- Ryšys: Recirkuliacijos zonos yra labai turbulentinės
Srauto turbulencija yra būdinga didelio greičio skysčio tekėjimo besisukančiuose mechanizmuose savybė. Nors jos išvengti neįmanoma, jos intensyvumą ir poveikį galima sumažinti tinkamai projektuojant įleidimo angą, veikiant beveik projektiniame taške ir optimizuojant srautą. Turbulencijos, kaip plačiajuosčio virpesių ir triukšmo šaltinio, supratimas leidžia atskirti ją nuo diskretinio dažnio mechaninių gedimų ir nukreipti atitinkamus taisomuosius veiksmus, orientuotus į srauto sąlygas, o ne į mechaninį remontą.
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 