Hình học kênh dòng chảy nội bộ phổ biến nhất cho đầu nối bốn chiều là gì

I. Định nghĩa và cấu hình hình học tiêu chuẩn của phụ kiện Tee 4 chiều

các Lắp Tee 4 chiều , thường được gọi là Cross, là một thành phần quan trọng trong hệ thống đường ống. Nó cho phép chất lỏng được phân phối, thu thập hoặc chuyển hướng theo bốn hướng khác nhau. So với Tee 3 chiều phổ biến, cấu hình 4 chiều cung cấp một đường dẫn nhánh bổ sung, thường được sử dụng trong các bố cục mạng phức tạp yêu cầu phân phối hoặc quay trở lại nhiều điểm.

các most fundamental and common internal flow channel geometry for a 4-Way Tee is the Standard Orthogonal Cross Configuration.

các core characteristics of this structure include:

1. Bốn cổng có kích thước bằng nhau: Thông thường, cả bốn cổng đều có chung Đường kính danh nghĩa (DN), dẫn đến "Chữ thập bằng nhau".

2. Bố cục trực giao: Các đường tâm của cả bốn cổng nằm trong cùng một mặt phẳng và vuông góc với nhau, tạo thành một 90∘ góc giao nhau.

3. Buồng trộn trung tâm: Bốn kênh dòng chảy hội tụ thành một buồng duy nhất ở tâm hình học của khớp nối.

Mặc dù cấu trúc trực giao tiêu chuẩn là phổ biến, nhưng quan điểm động lực học chất lỏng chuyên nghiệp nhấn mạnh rằng những khác biệt tinh tế trong hình dạng kênh dòng chảy bên trong, đặc biệt liên quan đến vùng xử lý cạnh và vùng chuyển tiếp, rất quan trọng đối với hiệu suất tổng thể của hệ thống.

II. Những thách thức thủy động lực của cấu trúc chéo tiêu chuẩn

Mặc dù hình học chéo trực giao tiêu chuẩn là đơn giản nhất để sản xuất, nhưng nó đặt ra những thách thức cố hữu trong việc xử lý chất lỏng, chủ yếu ở hai lĩnh vực chính:

2.1 Tổn thất áp suất và tiêu tán năng lượng

Khi chất lỏng đi qua buồng hội tụ trung tâm của Tee 4 chiều, sự giãn nở, co lại hoặc thay đổi đột ngột về hướng dòng chảy sẽ tạo ra Tổn thất nhỏ đáng kể. Sự kháng cự này biểu hiện dưới dạng Giảm áp suất ( ∆P ) và là kết quả của năng lượng chất lỏng bị tiêu tán dưới dạng nhiệt.

Trong cấu hình chéo tiêu chuẩn, khu vực trung tâm là nơi chất lỏng tương tác dữ dội. Các chất lỏng tiếp cận từ các hướng đối lập có thể va chạm trực tiếp, tạo ra các Điểm trì trệ năng lượng cao. Đồng thời, khi chất lỏng đi vào các ống nhánh, Sự phân tách dòng chảy xảy ra, thường tạo ra các Vùng xoáy hoặc Vùng tuần hoàn lớn dọc theo thành trong của nhánh. Những xoáy này tiêu thụ năng lượng và làm giảm diện tích dòng chảy hiệu quả.

các Minor Loss Coefficient ( K ) là thông số quan trọng được sử dụng để định lượng sự suy giảm hiệu suất này, ảnh hưởng trực tiếp đến kích cỡ và mức tiêu thụ năng lượng của máy bơm hoặc máy nén.

2.2 Sự nhiễu loạn, xói mòn và ăn mòn

các combination of sharp 90∘ uốn cong và va chạm trung tâm dẫn đến mức độ nhiễu loạn cao. Sự nhiễu loạn cường độ cao có thể gây ra hai hậu quả nghiêm trọng:

• Xói mòn gia tốc: Đặc biệt là trong chất lỏng chứa chất rắn lơ lửng (ví dụ: cát, bột xúc tác) hoặc bọt khí, nhiễu loạn cao khiến các hạt va chạm vào thành bên trong của khớp nối ở vận tốc cao. Sự mài mòn này thể hiện rõ nhất ở các cửa nhánh nơi dòng chảy chuyển hướng mạnh.

• Ăn mòn gia tốc dòng chảy (FAC): Đối với một số môi trường hóa học nhất định (ví dụ: nước có oxy, dung dịch amin), tốc độ dòng chảy cao và nhiễu loạn có thể phá vỡ các lớp bảo vệ hoặc thụ động của đường ống, đẩy nhanh đáng kể tốc độ ăn mòn của vật liệu kim loại.

III. Hình học được tối ưu hóa: Phi lê và chuyển tiếp mượt mà

Để giảm thiểu những thách thức do hình học tiêu chuẩn đặt ra, các ứng dụng quan trọng hoặc hiệu suất cao thường sử dụng các thiết kế kênh dòng chảy bên trong được tối ưu hóa, tập trung chủ yếu vào việc làm trơn các khu vực chuyển tiếp:

3.1 Xử lý phi lê

các most common optimization technique is the introduction of Radii or Fillets. Smooth, rounded curves are used instead of sharp 90∘ các góc ở điểm giao nhau nơi bốn kinh mạch nhánh gặp nhau ở buồng trung tâm.

• Chức năng: Phi lê làm giảm đáng kể sự xuất hiện của sự phân tách dòng chảy khi chất lỏng quay, ngăn chặn hiệu quả sự hình thành các xoáy lớn. Chúng biến đổi động lực dòng chảy từ một sự thay đổi đột ngột tức thời thành một sự thay đổi lũy tiến, do đó làm giảm Hệ số tổn thất nhỏ ( K ) và ứng suất cắt lớn nhất bên trong khớp nối.

• Tác dụng: Một Tee 4 chiều được thiết kế với các miếng philê có kích thước phù hợp thường có thể giảm áp suất giảm từ 10% đến 30% so với một đường chéo có góc nhọn tiêu chuẩn, đặc biệt là trong Chỉ số Reynolds cao, điều kiện dòng chảy hỗn loạn.

3.2 Cấu trúc chuyên biệt: Kiểm soát luồng và tùy chỉnh

Mặc dù Tee 4 chiều không có phân loại Bán kính ngắn/Bán kính dài rõ ràng như ở khuỷu tay, các nhà thiết kế có thể giới thiệu hình học kênh dòng chảy không trực giao hoặc không đối xứng trong các ứng dụng được tùy chỉnh cao, chẳng hạn như những ứng dụng dành cho việc trộn hoặc tách hiệu quả cao.

Ví dụ, trong các ứng dụng trộn, thiết kế có thể bù đắp một chút cho hai kênh đối lập để ngăn chặn sự va chạm trực tiếp. Điều này khuyến khích sự hình thành trường dòng xoáy, thúc đẩy sự pha trộn nhanh chóng và đồng đều của chất lỏng.

3.3 Những cân nhắc về hình học đối với áo thun có lót

Đối với môi trường có tính ăn mòn cao (ví dụ: axit clohydric, axit sulfuric), Tee 4 chiều thường sử dụng thân thép có lớp lót polymer (chẳng hạn như PTFE hoặc PFA). Trong những trường hợp này, hình dạng kênh dòng chảy bên trong được xác định bởi độ dày của lớp lót. Quá trình lót yêu cầu các cạnh của kênh dòng chảy phải đặc biệt mịn và tròn để đảm bảo lớp lót polymer bám dính đồng đều và hoàn toàn vào tất cả các góc. Điều này giúp lớp lót không bị mỏng đi hoặc bị tập trung ứng suất ở các cạnh sắc, điều này có thể dẫn đến hỏng lớp lót và rò rỉ giấy in.