Comment prendre en compte la dynamique des fluides dans la conception des pièces moulées réductrices coudées

Pièces moulées pour réducteurs de coude , en tant que composants clés pour connecter et changer la direction du fluide dans le système de canalisation, affectent directement l'efficacité, la sécurité et les coûts d'exploitation de l'ensemble du système. La conception professionnelle, notamment au niveau de la dynamique des fluides, est fondamentale pour garantir ses excellentes performances. Il ne s’agit pas seulement d’une simple correspondance de taille, mais également d’une science sur le comportement des fluides, la conversion d’énergie et l’optimisation structurelle.

Minimiser la perte de pression et la dissipation d'énergie
Dans tout système de distribution de fluides, l’utilisation efficace de l’énergie est cruciale. L’un des objectifs de conception des pièces moulées réductrices coudées est de minimiser les pertes de pression. La perte de pression est principalement composée de deux parties : la perte à longue distance et la perte locale. En tant que composant de résistance locale typique, la conception d'un réducteur coudé doit être particulièrement soucieuse de la manière de réduire les pertes d'énergie lors du passage du fluide.
L’optimisation de la courbure de conception est la priorité absolue. Lorsque le fluide s'écoule dans un tuyau incurvé, une force centrifuge inertielle est générée, ce qui entraîne une répartition inégale de la vitesse d'écoulement. Un rayon de courbure excessivement petit aggravera l’impact et la séparation du fluide de la paroi du tuyau, formant un vortex, augmentant ainsi considérablement la perte de pression. La conception idéale doit être un rayon de courbure suffisamment grand et lisse pour que le fluide puisse tourner en douceur et éviter les changements brusques de direction d'écoulement.
Une transition en douceur est un autre principe clé. La conception du tube réducteur coudé combine deux fonctions : flexion et diamètre variable. Lors du passage du grand diamètre au petit diamètre, il est nécessaire d'assurer une transition en douceur de la paroi intérieure pour éviter des sections transversales brusques. La section transversale soudaine formera une zone stagnante et tourbillonnaire, ce qui non seulement augmente la perte de pression locale, mais peut également provoquer de la cavitation et du bruit. En utilisant une conception à retrait conique ou progressif, le fluide peut être guidé pour accélérer en douceur, minimisant ainsi les pertes d'énergie.

Supprimer les turbulences et les courants de Foucault
La turbulence est un état instable d'un fluide s'écoulant à grande vitesse, ce qui augmente considérablement la résistance au frottement et peut provoquer des vibrations et du bruit. La conception du réducteur de coude devrait supprimer efficacement la génération de turbulences et de courants de Foucault.
Dans la partie du coude, une courbure déraisonnable ou des parois internes inégales peuvent induire un flux secondaire et un flux de séparation. Le flux secondaire est le flux circulant de fluide dans le sens d'écoulement principal sur la section transversale, ce qui agitera le fluide et augmentera la dissipation d'énergie. Le flux de séparation signifie que le fluide ne peut pas s'adapter étroitement à la paroi du tube, formant ainsi une zone de reflux locale. En optimisant la forme de la paroi interne du coude, par exemple en utilisant une section transversale elliptique ou non circulaire, la distribution de la vitesse d'écoulement peut être contrôlée dans une certaine mesure et l'intensité de l'écoulement secondaire peut être réduite.
Dans la partie à diamètre variable, un angle de cône raisonnable est crucial. Un angle de cône excessivement grand provoquera une séparation importante de la conduite d'écoulement dans la section de contraction, formant un vortex de reflux. Le vortex de reflux consomme non seulement de l'énergie, mais peut également former des zones de basse pression locales sur la paroi du tuyau, provoquant une cavitation et provoquant une érosion et des dommages au matériau de coulée. Par conséquent, la conception doit prendre en compte de manière exhaustive le type de fluide, le débit et la pression, et choisir un angle de cône optimal pour assurer une accélération en douceur du fluide et empêcher la séparation des conduites d'écoulement.

Prévenir la cavitation et la corrosion des matériaux
La cavitation est un problème sérieux en dynamique des fluides, en particulier dans les zones où les vitesses d’écoulement sont élevées et les pressions localement basses. Lorsque la pression du fluide est inférieure à sa pression de vapeur saturée, des bulles de vapeur se forment. Une fois que ces bulles s’écoulent vers la zone de haute pression avec le fluide, elles s’effondrent instantanément, créant une puissante onde de choc, provoquant une érosion mécanique de la paroi du tuyau.
Dans la conception des pièces moulées réductrices coudées, éviter les zones de basse pression locales est la clé pour prévenir la cavitation. Cela nécessite que les concepteurs s'assurent que la répartition de la pression de l'ensemble du coureur est stable, en particulier dans les sections de contraction et de direction de l'accélération du fluide. En optimisant la géométrie de la paroi interne, en éliminant les zones susceptibles de provoquer une augmentation anormale de la vitesse d'écoulement ou des lignes d'écoulement irrégulières, la cavitation peut être efficacement évitée. De plus, il est également crucial de choisir des matériaux de coulée présentant une bonne résistance à la cavitation, tels que certains aciers inoxydables ou alliages à haute teneur en chrome.

Optimiser le mélange et la séparation des fluides
Dans certaines applications spéciales, telles que les systèmes nécessitant le mélange de deux fluides ou la séparation de mélanges solide-liquide, la conception de tubes réducteurs coudés nécessite de prendre en compte les caractéristiques de mélange ou de séparation du fluide.
Par exemple, dans l’industrie chimique, un réducteur coudé peut être utilisé pour guider les deux fluides en vue du mélange initial. Dans ce cas, le concepteur peut utiliser un flux secondaire pour améliorer l’effet de mélange. En introduisant une structure de guidage d'écoulement spécifique au niveau du coude ou en modifiant la forme de la paroi interne, la turbulence du fluide peut être augmentée et un contact suffisant entre les composants peut être favorisé.
Dans les mines ou les systèmes de transport de boue, l’usure des tubes réducteurs coudés constitue un problème majeur. Lorsque les particules solides se déplacent dans le fluide, elles sont projetées vers la paroi extérieure en raison de la force centrifuge inertielle, provoquant une usure locale sévère. La conception doit être conçue avec un grand rayon de courbure lisse et l'épaisseur de paroi de la paroi extérieure ou l'utilisation de matériaux hautement résistants à l'usure pour prolonger la durée de vie des composants.

Tenez compte des vibrations et du bruit des fluides
Lorsque le fluide s’écoule dans des canaux d’écoulement irréguliers, des vibrations et du bruit peuvent se produire. Cela affecte non seulement la stabilité du système, mais peut également provoquer une fatigue structurelle. La conception hydrodynamique des pièces moulées de réducteurs coudés doit tenir compte de la manière dont les vibrations et le bruit sont réduits.
Une surface de paroi intérieure lisse est un moyen efficace de réduire la friction des fluides et le bruit des courants de Foucault. Après la coulée, un usinage fin ou un polissage peut améliorer considérablement la finition de la paroi intérieure. De plus, l’optimisation de la conception du coureur pour éviter de rationaliser les changements soudains peut réduire le bruit d’impact causé par l’impact et la séparation des fluides. Grâce à des outils tels que l'analyse par éléments finis, les vibrations structurelles provoquées par le fluide peuvent être prédites au stade de la conception, et la rigidité structurelle des pièces moulées peut être ajustée en conséquence ou des conceptions absorbant les vibrations peuvent être adoptées.