รูปทรงเรขาคณิตของช่องการไหลภายในที่พบบ่อยที่สุดสำหรับตัวเชื่อมต่อสี่ทางคืออะไร

I. คำจำกัดความและการกำหนดค่าทางเรขาคณิตมาตรฐานของอุปกรณ์ข้อต่อที 4 ทิศทาง

ที่ ข้อต่อที 4 ทิศทาง หรือที่เรียกกันทั่วไปว่ากากบาทเป็นองค์ประกอบสำคัญในระบบท่อ ช่วยให้ของเหลวสามารถกระจาย รวบรวม หรือเปลี่ยนทิศทางในสี่ทิศทางที่แตกต่างกัน เมื่อเปรียบเทียบกับ 3-Way Tee ที่แพร่หลาย การกำหนดค่า 4-Way ให้เส้นทางสาขาเพิ่มเติม โดยทั่วไปจะใช้ในรูปแบบเครือข่ายที่ซับซ้อนซึ่งต้องมีการกระจายหรือส่งคืนหลายจุด

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

ที่ core characteristics of this structure include:

1. พอร์ตที่มีขนาดเท่ากันสี่พอร์ต: โดยทั่วไปแล้ว พอร์ตทั้งสี่พอร์ตจะใช้เส้นผ่านศูนย์กลางที่กำหนด (DN) เท่ากัน ส่งผลให้มี "Equal Cross"

2. เค้าโครงมุมฉาก: เส้นกึ่งกลางของพอร์ตทั้งสี่อยู่ในระนาบเดียวกันและตั้งฉากกัน ทำให้เกิดรูปแบบที่สมบูรณ์แบบ 90∘ มุมตัดกัน

3. ห้องผสมส่วนกลาง: ช่องการไหลทั้งสี่มาบรรจบกันเป็นห้องเดียวที่ศูนย์กลางทางเรขาคณิตของข้อต่อ

แม้ว่าโครงสร้างมุมฉากมาตรฐานจะแพร่หลาย มุมมองไดนามิกส์ของไหลระดับมืออาชีพเน้นย้ำว่าความแตกต่างเล็กน้อยในเรขาคณิตของช่องการไหลภายใน โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่เกี่ยวข้องกับการรักษาขอบและโซนการเปลี่ยนแปลง มีความสำคัญต่อประสิทธิภาพโดยรวมของระบบ

ครั้งที่สอง ความท้าทายทางอุทกพลศาสตร์ของโครงสร้างกากบาทมาตรฐาน

แม้ว่ารูปทรงตัดขวางมุมตั้งฉากมาตรฐานเป็นวิธีการผลิตที่ง่ายที่สุด แต่ก็มีความท้าทายโดยธรรมชาติในการจัดการของไหล โดยหลักๆ ในสองประเด็นหลัก:

2.1 การสูญเสียแรงดันและการสูญเสียพลังงาน

เมื่อของไหลไหลผ่านห้องบรรจบกันส่วนกลางของท่อที 4 ทิศทาง การขยายตัว การหดตัว หรือการเปลี่ยนแปลงทิศทางการไหลอย่างฉับพลันจะทำให้เกิดการสูญเสียเล็กน้อยอย่างมีนัยสำคัญ ความต้านทานนี้ปรากฏเป็นแรงดันตก ( ∆พี ) และเป็นผลมาจากพลังงานของของไหลถูกกระจายไปเป็นความร้อน

ในการกำหนดค่าข้ามมาตรฐาน พื้นที่ส่วนกลางคือบริเวณที่ของไหลมีปฏิกิริยารุนแรง ของไหลที่เข้ามาจากทิศทางตรงกันข้ามอาจปะทะโดยตรง ทำให้เกิดจุดนิ่งที่มีพลังงานสูง ในขณะเดียวกัน เมื่อของไหลเปลี่ยนเป็นท่อสาขา การแยกการไหลจะเกิดขึ้น มักส่งผลให้เกิดกระแสน้ำวนหรือโซนหมุนเวียนขนาดใหญ่ตามแนวผนังด้านในของกิ่ง กระแสน้ำวนเหล่านี้ใช้พลังงานและลดพื้นที่การไหลที่มีประสิทธิภาพ

ที่ Minor Loss Coefficient ( เค ) เป็นพารามิเตอร์สำคัญที่ใช้ในการวัดปริมาณการสูญเสียประสิทธิภาพ ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อขนาดและการใช้พลังงานของปั๊มหรือคอมเพรสเซอร์

2.2 ความปั่นป่วน การกัดเซาะ และการกัดกร่อน

ที่ combination of sharp 90∘ การโค้งงอและการปะทะตรงกลางทำให้เกิดความปั่นป่วนในระดับสูง ความปั่นป่วนที่มีความรุนแรงสูงอาจส่งผลร้ายแรงสองประการ:

• การกัดเซาะแบบเร่ง: โดยเฉพาะอย่างยิ่งในของเหลวที่มีสารแขวนลอย (เช่น ทราย ผงตัวเร่งปฏิกิริยา) หรือฟองก๊าซ ความปั่นป่วนสูงจะทำให้อนุภาคกระทบกับผนังด้านในของข้อต่อที่ความเร็วสูง การสึกหรอนี้เด่นชัดที่สุดที่ทางเข้าของสาขาซึ่งการไหลเปลี่ยนอย่างรวดเร็ว

• การกัดกร่อนแบบเร่งการไหล (FAC): สำหรับสารเคมีบางชนิด (เช่น น้ำที่มีออกซิเจน สารละลายเอมีน) อัตราการไหลที่สูงและความปั่นป่วนสามารถรบกวนชั้นป้องกันหรือชั้นเชิงรับของท่อ ซึ่งจะช่วยเร่งอัตราการกัดกร่อนของวัสดุโลหะได้อย่างมาก

III. รูปทรงที่ปรับให้เหมาะสม: เนื้อปลาและการเปลี่ยนผ่านที่ราบรื่น

เพื่อบรรเทาความท้าทายที่เกิดจากรูปทรงมาตรฐาน การใช้งานที่มีประสิทธิภาพสูงหรือมีความสำคัญมักจะใช้การออกแบบช่องทางการไหลภายในที่ได้รับการปรับปรุง โดยเน้นไปที่การทำให้พื้นที่การเปลี่ยนแปลงมีความราบรื่นเป็นหลัก:

3.1 การแล่เนื้อปลา

ที่ most common optimization technique is the introduction of Radii or Fillets. Smooth, rounded curves are used instead of sharp 90∘ มุมตรงทางแยกที่ช่องสาขาทั้งสี่มาบรรจบกับห้องกลาง

• ฟังก์ชัน: เนื้อปลาช่วยลดการแยกตัวของการไหลได้อย่างมากในขณะที่ของไหลหมุน ซึ่งยับยั้งการก่อตัวของกระแสน้ำวนขนาดใหญ่ได้อย่างมีประสิทธิภาพ พวกเขาเปลี่ยนการเปลี่ยนแปลงของการไหลจากการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วในทันทีไปสู่การเปลี่ยนแปลงแบบก้าวหน้า ซึ่งจะช่วยลดค่าสัมประสิทธิ์การสูญเสียเล็กน้อย ( เค ) และความเค้นเฉือนสูงสุดภายในข้อต่อ

• ผลกระทบ: ตัวที 4 ทิศทางที่ออกแบบด้วยเนื้อปลาที่มีขนาดเหมาะสมสามารถแสดงการลดแรงดันตกคร่อมได้ 10% ถึง 30% เมื่อเทียบกับค่ากากบาทมุมแหลมมาตรฐาน โดยเฉพาะอย่างยิ่งภายใต้สภาวะการไหลเชี่ยวของ Reynolds Number ที่สูง

3.2 โครงสร้างพิเศษ: การควบคุมการไหลและการปรับแต่ง

ในขณะที่เสื้อยืด 4 ทางไม่มีการจำแนกประเภทรัศมีสั้น/รัศมียาวที่ชัดเจนที่พบในข้อศอก นักออกแบบอาจแนะนำรูปทรงช่องทางการไหลแบบไม่มุมฉากหรือไม่สมมาตรในการใช้งานที่ปรับแต่งได้สูง เช่น วัตถุประสงค์สำหรับการผสมหรือการแยกที่มีประสิทธิภาพสูง

ตัวอย่างเช่น ในการใช้งานแบบผสม การออกแบบอาจชดเชยช่องสัญญาณที่ขัดแย้งกันทั้งสองช่องเล็กน้อย เพื่อป้องกันการชนกันโดยตรง สิ่งนี้ส่งเสริมการก่อตัวของสนามการไหลแบบหมุนวน ส่งเสริมการผสมของของไหลอย่างรวดเร็วและสม่ำเสมอ

3.3 ข้อควรพิจารณาทางเรขาคณิตสำหรับเสื้อยืดมีเส้น

สำหรับตัวกลางที่มีฤทธิ์กัดกร่อนสูง (เช่น กรดไฮโดรคลอริก กรดซัลฟิวริก) เสื้อยืด 4 ทิศทางมักจะใช้ตัวเหล็กที่มีซับในโพลีเมอร์ (เช่น PTFE หรือ PFA) ในกรณีเหล่านี้ เรขาคณิตของช่องการไหลภายในถูกกำหนดโดยความหนาของชั้นบุ กระบวนการซับในกำหนดให้ขอบช่องการไหลมีความเรียบและโค้งมนเป็นพิเศษ เพื่อให้แน่ใจว่าไลเนอร์โพลีเมอร์จะยึดติดสม่ำเสมอและสมบูรณ์ในทุกมุม วิธีนี้จะป้องกันไม่ให้ไลเนอร์บางลงหรือมีความเครียดสะสมที่ขอบคม ซึ่งอาจนำไปสู่ความล้มเหลวของไลเนอร์และการรั่วไหลของสื่อ