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關于水箱水位計設計中的5個常見錯誤

日期：2019-05-06 來源：作者：

水位計幾乎在每個工業(yè)應用或過程中都無處不在。如果沒有它們，汽車和重型設備制造商，礦業(yè)公司和全球能源巨頭都無法運作。技術上是一種類型的配件（雖然在單獨的類別下討論），閥的目的是通過完全/部分地阻塞或改變其路徑來調節(jié)流體（氣體或液體）的流動。該動作通常通過對浸沒在流體中的運動部件（閥桿）進行電動，氣動，液壓或機械調節(jié)來執(zhí)行。它們的重要性 - 以及它們所處的不同條件 - 使水箱水位計設計成為一項艱巨的任務。在本文中，我們列出了工程師在水箱水位計設計過程中可能犯的5個常見錯誤。

1.未能使用有限元分析來預測應力

多功能和堅固的水位計用于各種應用，但通常必須應對溫度或顯著壓力水平的明顯變化。在這種情況下，水箱水位計的組件自然會經歷不同程度的壓力。這縮短了它們的生命周期并且可能導致裂縫，泄漏，并且在zui壞的情況下，導致整個部件失效。FEM（有限元法）模擬對于希望在早期階段改進和改進水位計設計的工程師來說是一個非常寶貴的工具，可以提供有關應力點位置和等級的建設性信息。雖然也可以手動計算這些應力區(qū)域，但在SimScale平臺上運行FEM分析只需幾分鐘。

2.不利用CFD改善流體流動

一旦考慮到水位計上的靜態(tài)應力，下一步就是分析所需流體的動態(tài)。這里要考慮的zui重要因素是由于摩擦和湍流造成的壓力損失。如果您的水箱水位計設計產生強烈的流體分離或渦流區(qū)域，則可能導致振動和噪音大幅增加，可能需要安裝額外的泵或機械。

運行穩(wěn)態(tài)或瞬態(tài)CFD模擬是改善水位計設計的zui快捷，zui方便的方法。注意高壓，低速區(qū)域以識別分離的流量并相應地修改CAD模型。

3.不要忘記熱模擬的好處

如果您的水位計暴露在高溫或低溫流體中，則熱模擬可能是一項特別有用的分析。特別是高溫液體或氣體會導致材料上的應力增加，降低操作效率并通過熱傳遞損壞外部部件（例如，熔化附近的塑料部件）。

一種有限元分析形式，在熱模擬中，某些熱負荷被規(guī)定給物體而不是壓力或位移。借助SimScale的仿真技術，可以在任何原型之前模擬和可視化熱點，問題區(qū)域和熱傳遞。通過復制此項目來了解它的工作原理。

4.在系統(tǒng)中使用不合適的水位計

在選擇液壓或氣動系統(tǒng)的配件時，第一步是確定所需水位計的尺寸。如果您的水箱水位計尺寸過?。ㄏ鄬τ谡麄€系統(tǒng)），您可能會面臨更高的系統(tǒng)阻力，壓力損失和額外的壓力，所有這些都會導致更高的成本。另一方面，如果您的水箱水位計尺寸過大或設計的流量高于所需的流量，則效率低下。

zui佳解決方案是專門針對其所處的條件設計水位計。到目前為止，對于大多數(shù)工程師來說，這是相對難以接近的。可用于測試的有限資源，在產品開發(fā)階段制作工作原型和時間壓力所需的時間和費用都減少了CFD模擬軟件的使用。使用SimScale，情況不再如此。易于使用的基于云的仿真工具不僅可以加速您的產品開發(fā)，還可以節(jié)省您的資源和時間。

5.未考慮水位計設計中的關鍵方案

雖然使用不合適的水位計可能會給您或您的客戶帶來問題，但更關鍵的情況是水箱水位計故障。在設計持久耐用的高質量水箱水位計時，水錘效應，高速扼流圈，氣蝕和腐蝕都是需要考慮的術語。讓我們進一步深入探討其中的一些術語及其含義：

水錘

當強大的壓力波穿過管道系統(tǒng)時，它們會產生音調噪音，而不像錘擊墻壁。這種效果通常被稱為“水錘”。當運動中的流體被迫停止或突然改變方向，從而影響其動量時，發(fā)生“水錘”，或更一般地流體錘。如果水箱水位計在管道系統(tǒng)內過快或突然關閉，則會產生壓縮吸入壓力。在溫和的情況下，這會導致噪音或振動; 在重大情況下，它可能導致整個管道坍塌。

高速扼流圈

當流速增加到與聲速相匹配的程度時，系統(tǒng)中會出現(xiàn)“扼流圈”。這會引起沖擊波，使流速減速并導致系統(tǒng)堵塞。扼流圈zui常出現(xiàn)在氣體系統(tǒng)中，通?？梢酝ㄟ^適當?shù)目諝鈩恿W分析來避免。CFD模擬是檢查高速局部區(qū)域的優(yōu)秀工具，通過這些結果可優(yōu)化幾何形狀以進行改進。

空化 - 噪音，侵蝕和損壞

空化是由于壓力相對較低的區(qū)域而在流體中形成氣泡或空腔。由于這些空腔在流體內部進一步內爆或坍塌，它們會引起沖擊波，導致噪音，侵蝕，并且在某些情況下會造成嚴重損壞。

盡管涉及所有這些現(xiàn)象的物理特性非常復雜，并且難以完全消除風險，但通過CFD模擬降低其出現(xiàn)概率相對容易。通過分析水箱水位計設計中的流量并識別低壓和高速區(qū)域，您可以快速優(yōu)化和迭代幾何體，從而使您可以將zui佳設計推進到物理原型生產中。

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