Como considerar a dinâmica de fluidos no projeto de peças fundidas redutoras de cotovelo

Fundição de redutor de cotovelo , como componentes-chave para conectar e alterar a direção do fluido no sistema de tubulação, afetam diretamente a eficiência, a segurança e os custos operacionais de todo o sistema. O design profissional, especialmente ao nível da dinâmica dos fluidos, é fundamental para garantir o seu excelente desempenho. Esta não é apenas uma simples correspondência de tamanho, mas também uma ciência sobre comportamento de fluidos, conversão de energia e otimização estrutural.

Minimize a perda de pressão e a dissipação de energia
Em qualquer sistema de fornecimento de fluidos, a utilização eficaz da energia é crucial. Um dos objetivos de projeto das peças fundidas redutoras de cotovelo é minimizar as perdas de pressão. A perda de pressão é composta principalmente de duas partes: perda ao longo do alcance e perda local. Como um componente típico de resistência local, o projeto de um redutor de cotovelo deve se preocupar particularmente em como reduzir a perda de energia à medida que o fluido flui.
Otimizar a curvatura do projeto é a principal prioridade. Quando o fluido flui em um tubo curvo, uma força centrífuga inercial será gerada, resultando em uma distribuição desigual da velocidade do fluxo. Um raio de curvatura excessivamente pequeno agravará o impacto e a separação do fluido da parede do tubo, formando um vórtice, aumentando drasticamente a perda de pressão. O projeto ideal deve ser um raio de curvatura suficientemente grande e suave para que o fluido possa girar suavemente e evitar mudanças bruscas na direção do fluxo.
Uma transição suave é outro princípio fundamental. O design do tubo redutor do cotovelo combina duas funções: flexão e diâmetro variável. Durante a transição de grande diâmetro para pequeno diâmetro, é necessário garantir uma transição suave da parede interna para evitar seções transversais repentinas. A seção transversal repentina formará uma zona estagnada e de vórtice, o que não apenas aumenta a perda de pressão local, mas também pode causar cavitação e ruído. Ao usar um design de encolhimento cônico ou progressivo, o fluido pode ser guiado para acelerar suavemente, minimizando a perda de energia.

Suprimir turbulência e correntes parasitas
Turbulência é um estado instável do fluido que flui em altas velocidades, o que aumenta significativamente a resistência ao atrito e pode causar vibração e ruído. O projeto do redutor de cotovelo deve suprimir efetivamente a geração de turbulência e correntes parasitas.
Na parte do cotovelo, curvatura irracional ou paredes internas irregulares podem induzir fluxo secundário e fluxo de separação. O fluxo secundário é o fluxo circulante de fluido na direção do fluxo principal na seção transversal, o que agitará o fluido e aumentará a dissipação de energia. O fluxo de separação significa que o fluido não consegue se encaixar firmemente na parede do tubo, formando uma área de refluxo local. Ao otimizar a forma da parede interna do cotovelo, tal como utilizando uma seção transversal elíptica ou não circular, a distribuição da velocidade do fluxo pode ser controlada até certo ponto e a intensidade do fluxo secundário pode ser reduzida.
Na parte de diâmetro variável, um ângulo de cone razoável é crucial. Um ângulo de cone excessivamente grande causará separação severa da linha de fluxo na seção de contração, formando um vórtice de refluxo. O vórtice de refluxo não só consome energia, mas também pode formar zonas locais de baixa pressão na parede do tubo, causando cavitação e causando erosão e danos ao material de fundição. Portanto, o projeto deve considerar de forma abrangente o tipo de fluido, a vazão e a pressão, e escolher um ângulo de cone ideal para garantir uma aceleração suave do fluido e evitar a separação da linha de fluxo.

Evite cavitação e corrosão do material
A cavitação é um problema sério na dinâmica de fluidos, especialmente em áreas com altas velocidades de fluxo e pressões localmente baixas. Quando a pressão do fluido é inferior à pressão do vapor saturado, formam-se bolhas de vapor. Depois que essas bolhas fluem para a zona de alta pressão com o fluido, elas colapsam instantaneamente, criando uma poderosa onda de choque, causando erosão mecânica na parede do tubo.
No projeto de peças fundidas redutoras de cotovelo, evitar zonas locais de baixa pressão é a chave para prevenir a cavitação. Isso exige que os projetistas garantam que a distribuição de pressão de todo o corredor seja estável, especialmente nas seções de contração e direção da aceleração do fluido. Ao otimizar a geometria da parede interna, eliminando áreas que podem causar aumento anormal na velocidade do fluxo ou linhas de fluxo irregulares, a cavitação pode ser efetivamente evitada. Além disso, também é crucial escolher materiais de fundição com boa resistência à cavitação, como certos aços inoxidáveis ou ligas com alto teor de cromo.

Otimize a mistura e separação de fluidos
Em certas aplicações especiais, como sistemas que exigem a mistura de dois fluidos ou a separação de misturas sólido-líquido, o projeto de tubos redutores de cotovelo requer a consideração das características de mistura ou separação do fluido.
Por exemplo, na indústria química, o redutor de cotovelo pode ser usado para guiar os dois fluidos para mistura inicial. Neste caso, o projetista pode utilizar fluxo secundário para melhorar o efeito de mistura. Ao introduzir uma estrutura de guia de fluxo específica no cotovelo ou alterar o formato da parede interna, a turbulência do fluido pode ser aumentada e contato suficiente entre os componentes pode ser promovido.
Em minas ou sistemas de transporte de lama, o desgaste dos tubos redutores de cotovelo é um grande problema. Quando partículas sólidas se movem no fluido, elas são lançadas para a parede externa devido à força centrífuga inercial, causando desgaste local severo. O projeto deve ser projetado com um raio de curvatura grande e suave, e a espessura da parede externa ou o uso de materiais altamente resistentes ao desgaste para prolongar a vida útil dos componentes.

Considere a vibração e o ruído do fluido
Quando o fluido flui em canais de fluxo irregulares, podem ocorrer vibração e ruído. Isto não afeta apenas a estabilidade do sistema, mas também pode causar fadiga estrutural. O projeto hidrodinâmico das peças fundidas do redutor de cotovelo deve considerar como a vibração e o ruído são reduzidos.
Uma superfície de parede interna lisa é uma maneira eficaz de reduzir o atrito do fluido e o ruído das correntes parasitas. Após a fundição, a usinagem fina ou o polimento podem melhorar significativamente o acabamento da parede interna. Além disso, otimizar o projeto do corredor para evitar mudanças repentinas e simplificadas pode reduzir o ruído de impacto causado pelo impacto e separação do fluido. Por meio de ferramentas como análise de elementos finitos, a vibração estrutural causada pelo fluido pode ser prevista na fase de projeto, e a rigidez estrutural das peças fundidas pode ser ajustada adequadamente ou projetos de absorção de vibração podem ser adotados.