Làm thế nào để xem xét động lực học chất lỏng trong thiết kế đúc giảm tốc khuỷu tay

Đúc giảm tốc khuỷu tay , là thành phần chính để kết nối và thay đổi hướng của chất lỏng trong hệ thống đường ống, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả, an toàn và chi phí vận hành của toàn bộ hệ thống. Thiết kế chuyên nghiệp, đặc biệt là ở cấp độ động lực học chất lỏng, là nền tảng để đảm bảo hiệu suất tuyệt vời của nó. Đây không chỉ là một kết hợp kích thước đơn giản, mà còn là một khoa học về hành vi chất lỏng, chuyển đổi năng lượng và tối ưu hóa cấu trúc.

Giảm thiểu tổn thất áp suất và tiêu tán năng lượng
Trong bất kỳ hệ thống phân phối chất lỏng nào, việc sử dụng năng lượng hiệu quả là rất quan trọng. Một trong những mục tiêu thiết kế của đúc giảm tốc khuỷu tay là giảm thiểu tổn thất áp suất. Tổn thất áp suất chủ yếu bao gồm hai phần: tổn thất dọc và tổn thất cục bộ. Là một thành phần điện trở cục bộ điển hình, thiết kế của bộ giảm tốc khuỷu tay phải đặc biệt quan tâm đến cách giảm tổn thất năng lượng khi chất lỏng chảy qua.
Tối ưu độ cong thiết kế là ưu tiên hàng đầu. Khi chất lỏng chảy trong một đường ống cong, một lực ly tâm quán tính sẽ được tạo ra, dẫn đến sự phân bố vận tốc dòng chảy không đồng đều. Bán kính uốn quá nhỏ sẽ làm trầm trọng thêm tác động và tách chất lỏng khỏi thành ống, tạo thành xoáy, do đó làm tăng đáng kể tổn thất áp suất. Thiết kế lý tưởng phải là bán kính cong đủ lớn, nhẵn để chất lỏng có thể quay trơn tru và tránh những thay đổi mạnh về hướng dòng chảy.
Chuyển đổi suôn sẻ là một nguyên tắc quan trọng khác. Thiết kế của ống giảm tốc khuỷu tay kết hợp hai chức năng: uốn cong và đường kính thay đổi. Trong quá trình chuyển đổi từ đường kính lớn sang đường kính nhỏ, cần đảm bảo sự chuyển đổi trơn tru của bức tường bên trong để tránh mặt cắt ngang đột ngột. Mặt cắt ngang đột ngột sẽ tạo thành một vùng ứ đọng và xoáy, không chỉ làm tăng tổn thất áp suất cục bộ mà còn có thể gây ra hiện tượng xâm thực và tiếng ồn. Bằng cách sử dụng thiết kế co rút giảm dần hoặc tăng dần, chất lỏng có thể được dẫn hướng để tăng tốc trơn tru, giảm thiểu tổn thất năng lượng.

Ngăn chặn dòng chảy rối và dòng xoáy
Sự nhiễu loạn là trạng thái không ổn định của chất lỏng chảy ở tốc độ cao, làm tăng đáng kể khả năng chống ma sát và có thể gây ra rung động và tiếng ồn. Thiết kế của bộ giảm tốc khuỷu tay sẽ ngăn chặn hiệu quả việc tạo ra dòng chảy rối và dòng xoáy.
Ở phần khuỷu tay, độ cong không hợp lý hoặc thành trong không bằng phẳng có thể tạo ra dòng chảy thứ cấp và dòng chảy tách biệt. Dòng thứ cấp là dòng chất lỏng tuần hoàn theo hướng dòng chảy chính trên mặt cắt ngang, sẽ khuấy động chất lỏng và tăng tiêu tán năng lượng. Dòng chảy tách có nghĩa là chất lỏng không thể vừa khít trên thành ống, tạo thành một khu vực hồi lưu cục b. Bằng cách tối ưu hóa hình dạng của thành trong của khuỷu tay, chẳng hạn như sử dụng mặt cắt ngang hình elip hoặc không tròn, sự phân bố vận tốc dòng chảy có thể được kiểm soát ở một mức độ nhất định và cường độ của dòng thứ cấp có thể giảm.
Ở phần có đường kính thay đổi, góc hình nón hợp lý là rất quan trọng. Một góc hình nón quá lớn sẽ gây ra sự phân tách dòng chảy nghiêm trọng trong phần co lại, tạo thành xoáy hồi lưu. Dòng xoáy hồi lưu không chỉ tiêu thụ năng lượng mà còn có thể hình thành các vùng áp suất thấp cục bộ trên thành ống, gây ra hiện tượng xâm thực, xói mòn và hư hỏng vật liệu đúc. Do đó, thiết kế phải xem xét toàn diện loại chất lỏng, tốc độ dòng chảy và áp suất, và chọn một góc hình nón tối ưu để đảm bảo gia tốc trơn tru của chất lỏng và ngăn chặn sự tách dòng chảy.

Ngăn ngừa cavitation và ăn mòn vật liệu
Cavitation là một vấn đề nghiêm trọng trong động lực học chất lỏng, đặc biệt là ở những khu vực có vận tốc dòng chảy cao và áp suất thấp cục bộ. Khi áp suất chất lỏng thấp hơn áp suất hơi bão hòa của nó, bong bóng hơi sẽ hình thành. Sau khi các bong bóng này chảy đến vùng áp suất cao cùng với chất lỏng, chúng sẽ sụp đổ ngay lập tức, tạo ra sóng xung kích mạnh, gây xói mòn cơ học cho thành ống.
Trong thiết kế đúc giảm tốc khuỷu tay, tránh các vùng áp suất thấp cục bộ là chìa khóa để ngăn ngừa hiện tượng xâm thực. Điều này đòi hỏi các nhà thiết kế phải đảm bảo rằng sự phân bố áp suất của toàn bộ đường chạy ổn định, đặc biệt là trong phần co và lái của gia tốc chất lỏng. Bằng cách tối ưu hóa hình dạng của bức tường bên trong, loại bỏ các khu vực có thể gây ra sự gia tăng bất thường về tốc độ dòng chảy hoặc đường dòng chảy không đều, cavitation có thể được ngăn chặn một cách hiệu qu. Ngoài ra, điều quan trọng là phải chọn vật liệu đúc có khả năng chống xâm thực tốt, chẳng hạn như một số loại thép không gỉ hoặc hợp kim crom cao.

Tối ưu hóa việc trộn và tách chất lỏng
Trong một số ứng dụng đặc biệt, chẳng hạn như hệ thống yêu cầu trộn hai chất lỏng hoặc tách hỗn hợp rắn-lỏng, việc thiết kế ống giảm tốc khuỷu tay đòi hỏi phải xem xét các đặc tính trộn hoặc tách của chất lỏng.
Ví dụ, trong ngành công nghiệp hóa chất, bộ giảm tốc khuỷu tay có thể được sử dụng để dẫn hướng hai chất lỏng để trộn ban đầu. Trong trường hợp này, người thiết kế có thể sử dụng dòng thứ cấp để tăng cường hiệu ứng trộn. Bằng cách đưa vào một cấu trúc dẫn hướng dòng chảy cụ thể ở khuỷu tay hoặc thay đổi hình dạng của thành trong, sự nhiễu loạn chất lỏng có thể được tăng lên và có thể thúc đẩy sự tiếp xúc đầy đủ giữa các bộ phận.
Trong các mỏ hoặc hệ thống vận chuyển bùn, sự mài mòn của ống giảm tốc khuỷu tay là một vấn đề lớn. Khi các hạt rắn di chuyển trong chất lỏng, chúng sẽ bị ném ra thành ngoài do lực ly tâm quán tính, gây ra sự mài mòn cục bộ nghiêm trọng. Thiết kế phải được thiết kế với bán kính lớn mịn của độ cong, và độ dày thành của bức tường bên ngoài hoặc sử dụng vật liệu chịu mài mòn cao để kéo dài tuổi thọ của các thành phần.

Xem xét rung động và tiếng ồn của chất lỏng
Khi chất lỏng chảy trong các kênh dòng chảy không đều, rung động và tiếng ồn có thể xảy ra. Điều này không chỉ ảnh hưởng đến sự ổn định của hệ thống mà còn có thể gây mỏi cấu trúc. Thiết kế thủy động lực học của vật đúc giảm tốc khuỷu tay phải xem xét cách giảm độ rung và tiếng ồn.
Một bề mặt tường bên trong mịn là một cách hiệu quả để giảm ma sát chất lỏng và tiếng ồn dòng xoáy. Sau khi đúc, gia công tốt hoặc đánh bóng có thể cải thiện đáng kể kết thúc tường bên trong. Ngoài ra, việc tối ưu hóa thiết kế đường chạy để tránh hợp lý hóa những thay đổi đột ngột có thể làm giảm tiếng ồn do va chạm và tách chất lỏng gây ra. Thông qua các công cụ như phân tích phần tử hữu hạn, độ rung cấu trúc do chất lỏng gây ra có thể được dự đoán ở giai đoạn thiết kế và độ cứng cấu trúc của vật đúc có thể được điều chỉnh tương ứng hoặc có thể áp dụng các thiết kế hấp thụ rung động.