Borulardaki hız değişimlerini ve basınç kayıplarını elle hesaplamak geçmişte kaldı, SOLIDWORKS Flow Simulation tüm zor işi sizin yerinize yapıyor! Bu yazımızda, ucuna yakın bir redüktör bulunan bir bükümlü bir boruyu ele alacağız ve SOLIDWORKS Flow Simulation’dan alınan sonuçları elle hesaplama sonuçlarıyla karşılaştıracağız. Borunun başlangıcı, alt segmentin 6,31 m üzerindedir ve bir redüktöre ulaşmadan önce iki adet 45 derecelik bükümden oluşur. Bu da borunun çapını doğrusal olarak azaltır. Başlangıçtaki borunun çapı 1,2 m’dir ve redüktörden önce 22,66 m uzunluğundadır. Borunun son parçası 0,8 m çapında ve 5 m uzunluğundadır.
Bükümlü Borunun Görünümü
Analiz için sınır şartları şu şekildedir;
- 10m/s giriş hızı
- Çıkışta 101325Pa statik basınç
- 9 mikronluk duvar pürüzlülüğü
- Sıvı 25°C’ye ayarlanmış sudur
- Borular için K 9e-5 m*
- Dirsek kıvrımları için hMinor 0,13 m ve redüksiyon bölümü için 0,03 m’dir*
*Burada K, borudaki büyük kayıpları hesaplamak için kullanılan borunun mutlak pürüzlülüğüdür ve hMinor, çevrimiçi olarak bulunabilen veya hesaplanabilen küçük kayıp katsayılarıdır.
Bu çalışmada kullanılan mesh, yerel bir rafine etme işlemi olmayan global seviye 6 başlangıç seviyesi meshtir. Bu, borunun çıkışındaki ağın aşağıda görülebileceği gibi toplam 157183 sıvı hücresi sayısını verir.
Mesh Görünümü
Süreklilik denklemini kullanarak borunun ucundaki teorik hızı hesaplayabiliriz.
Süreklilik Denklemi
Burada akışkanın yoğunluğu, A borunun alanı, V akışkanın hızı ve 1 ve 2 sırasıyla giriş ve çıkışı ifade etmektedir. Değerleri borunun çıkışındaki hıza göre yeniden düzenlediğimizde teorik olarak 22,5 m/s hız elde ederiz. İşte bu noktada işler biraz daha karmaşıklaşıyor… Borudaki basınç düşüşünü hesaplamak için şimdi Bernoulli denklemini kullanmamız gerekiyor.
Bernoulli Denklemi
Burada P atmosfer basıncı, akışkanın yoğunluğu, V akışkanın hızı, g yer çekimi ivmesi, h borunun yüksekliği, girişteki basınç yüksekliği, borulardaki sürtünme kayıpları, borulardaki küçük kayıplar olup, 1 ve 2 sırasıyla girişi ve çıkışı temsil etmektedir.
Bernoulli denklemindeki tek bilinmeyenler girişteki basınç yükü ve borudaki sürtünme ve küçük kayıplardır. Aşağıdaki iki denklemi kullanarak borudaki kayıpları hesaplayabilir ve bunları Bernoulli denklemine geri koyarak girişteki basınç yükünü bulabiliriz. Borudaki sürtünmeden kaynaklanan basınç kayıpları aşağıdaki denklemler kullanılarak hesaplanır.
Basınç kaybı hesaplama formülü
Küçük kayıplar denklemi
Burada f sürtünme faktörü, L boru uzunluğu, D boru çapı, V akışkan hızı, V akışkan yoğunluğu, Re akışın Reynolds sayısı ve K borunun mutlak pürüzlülüğüdür.
Her iki borudaki büyük kaybı ve 3 bağlantı parçasındaki küçük kayıpları hesapladığımızda, girişteki basınç başlığını hesaplamak için Bernoulli denklemine yerleştirebileceğimiz tüm değişkenlere sahip olmaktayız. Bu, 10m/s’lik bir akışkan hızıyla 350394.56 Pa anlamına gelmektedir.
Akış Simülasyonunu SOLIDWORKS’te çalıştırmak sadece birkaç dakika sürer ve aşağıdaki sonuçları verir, aşağıda hız ve basıncın ön düzleminden geçen kesit çizimleri bulunmaktadır.
Akış Analizi Sonuç Grafikleri
Borunun giriş ve çıkışındaki kapağın yüzündeki yüzey parametresi sonuçlarını kullanarak giriş ve çıkıştaki basınç ve hız için ortalama değerleri elde edebiliyoruz. Aşağıda SOLIDWORKS Akış Simülasyonu sonuçlarını analitik sonuçlarla karşılaştıran bir tablo bulunmaktadır.
Analiz Sonuçlarının Karşılaştırılması
