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关于水箱水位计设计中的5个常见错误

日期：2019-05-06 来源：作者：

水位计几乎在每个工业应用或过程中都无处不在。如果没有它们，汽车和重型设备制造商，矿业公司和全球能源巨头都无法运作。技术上是一种类型的配件（虽然在单独的类别下讨论），阀的目的是通过完全/部分地阻塞或改变其路径来调节流体（气体或液体）的流动。该动作通常通过对浸没在流体中的运动部件（阀杆）进行电动，气动，液压或机械调节来执行。它们的重要性 - 以及它们所处的不同条件 - 使水箱水位计设计成为一项艰巨的任务。在本文中，我们列出了工程师在水箱水位计设计过程中可能犯的5个常见错误。

1.未能使用有限元分析来预测应力

多功能和坚固的水位计用于各种应用，但通常必须应对温度或显着压力水平的明显变化。在这种情况下，水箱水位计的组件自然会经历不同程度的压力。这缩短了它们的生命周期并且可能导致裂缝，泄漏，并且在zui坏的情况下，导致整个部件失效。FEM（有限元法）模拟对于希望在早期阶段改进和改进水位计设计的工程师来说是一个非常宝贵的工具，可以提供有关应力点位置和等级的建设性信息。虽然也可以手动计算这些应力区域，但在SimScale平台上运行FEM分析只需几分钟。

2.不利用CFD改善流体流动

一旦考虑到水位计上的静态应力，下一步就是分析所需流体的动态。这里要考虑的zui重要因素是由于摩擦和湍流造成的压力损失。如果您的水箱水位计设计产生强烈的流体分离或涡流区域，则可能导致振动和噪音大幅增加，可能需要安装额外的泵或机械。

运行稳态或瞬态CFD模拟是改善水位计设计的zui快捷，zui方便的方法。注意高压，低速区域以识别分离的流量并相应地修改CAD模型。

3.不要忘记热模拟的好处

如果您的水位计暴露在高温或低温流体中，则热模拟可能是一项特别有用的分析。特别是高温液体或气体会导致材料上的应力增加，降低操作效率并通过热传递损坏外部部件（例如，熔化附近的塑料部件）。

一种有限元分析形式，在热模拟中，某些热负荷被规定给物体而不是压力或位移。借助SimScale的仿真技术，可以在任何原型之前模拟和可视化热点，问题区域和热传递。通过复制此项目来了解它的工作原理。

4.在系统中使用不合适的水位计

在选择液压或气动系统的配件时，第一步是确定所需水位计的尺寸。如果您的水箱水位计尺寸过小（相对于整个系统），您可能会面临更高的系统阻力，压力损失和额外的压力，所有这些都会导致更高的成本。另一方面，如果您的水箱水位计尺寸过大或设计的流量高于所需的流量，则效率低下。

zui佳解决方案是专门针对其所处的条件设计水位计。到目前为止，对于大多数工程师来说，这是相对难以接近的。可用于测试的有限资源，在产品开发阶段制作工作原型和时间压力所需的时间和费用都减少了CFD模拟软件的使用。使用SimScale，情况不再如此。易于使用的基于云的仿真工具不仅可以加速您的产品开发，还可以节省您的资源和时间。

5.未考虑水位计设计中的关键方案

虽然使用不合适的水位计可能会给您或您的客户带来问题，但更关键的情况是水箱水位计故障。在设计持久耐用的高质量水箱水位计时，水锤效应，高速扼流圈，气蚀和腐蚀都是需要考虑的术语。让我们进一步深入探讨其中的一些术语及其含义：

水锤

当强大的压力波穿过管道系统时，它们会产生音调噪音，而不像锤击墙壁。这种效果通常被称为“水锤”。当运动中的流体被迫停止或突然改变方向，从而影响其动量时，发生“水锤”，或更一般地流体锤。如果水箱水位计在管道系统内过快或突然关闭，则会产生压缩吸入压力。在温和的情况下，这会导致噪音或振动; 在重大情况下，它可能导致整个管道坍塌。

高速扼流圈

当流速增加到与声速相匹配的程度时，系统中会出现“扼流圈”。这会引起冲击波，使流速减速并导致系统堵塞。扼流圈zui常出现在气体系统中，通常可以通过适当的空气动力学分析来避免。CFD模拟是检查高速局部区域的优秀工具，通过这些结果可优化几何形状以进行改进。

空化 - 噪音，侵蚀和损坏

空化是由于压力相对较低的区域而在流体中形成气泡或空腔。由于这些空腔在流体内部进一步内爆或坍塌，它们会引起冲击波，导致噪音，侵蚀，并且在某些情况下会造成严重损坏。

尽管涉及所有这些现象的物理特性非常复杂，并且难以完全消除风险，但通过CFD模拟降低其出现概率相对容易。通过分析水箱水位计设计中的流量并识别低压和高速区域，您可以快速优化和迭代几何体，从而使您可以将zui佳设计推进到物理原型生产中。

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