कार्बन डाइऑक्साइड ट्रांसक्रिटिकल में वाल्व थकान: सीएफडी सिमुलेशन और फ्रैक्चर

एक सुपरमार्केट में रेफ्रिजरेशन यूनिट के विस्फोट ने सुई वाल्व पर केंद्रित एक फोरेंसिक जांच शुरू की। प्रारंभिक विश्लेषण ने स्टेनलेस स्टील की थकान विफलता की ओर इशारा किया, लेकिन 3D पुनर्निर्माण ने एक अप्रत्याशित दोषी का खुलासा किया: सुपरक्रिटिकल अवस्था में CO2 द्वारा उत्पन्न उच्च गति जेट क्षरण। यह मामला दर्शाता है कि ट्रांसक्रिटिकल स्थितियां उप-क्रिटिकल चक्रों के लिए डिज़ाइन किए गए घटकों के क्षरण को नाटकीय रूप से तेज कर सकती हैं।

CFD द्वारा क्षरण मॉडलिंग और SolidWorks में तनाव विश्लेषण 🔧

विफलता को समझने के लिए, ANSYS CFX में सुपरक्रिटिकल CO2 प्रवाह का मॉडल तैयार किया गया। सिमुलेशन ने दिखाया कि, क्रिटिकल बिंदु के करीब स्थितियों तक पहुंचने पर, द्रव का घनत्व और चिपचिपापन एक उच्च गति जेट उत्पन्न करता है जो सीधे वाल्व सुई पर प्रभाव डालता है। यह प्रभाव स्थानीयकृत माइक्रो-क्षरण का कारण बनता है, जिससे सामग्री की मोटाई कम हो जाती है। बाद में, स्थैतिक और थकान तनाव विश्लेषण करने के लिए क्षत-विक्षत ज्यामिति को SolidWorks में आयात किया गया। परिणामों ने संकेत दिया कि क्षरण द्वारा पतला किया गया खंड स्टेनलेस स्टील की उपज सीमा से कहीं अधिक तनाव केंद्रित कर रहा था, जिससे दरारें शुरू हुईं जो विनाशकारी फ्रैक्चर का कारण बनीं। GOM Inspect के साथ 3D स्कैनिंग ने क्षत-विक्षत सतह की आकृति विज्ञान की पुष्टि की, जो CFD द्वारा अनुमानित उच्चतम प्रवाह वेग वाले क्षेत्रों से मेल खाता है।

ट्रांसक्रिटिकल सिस्टम डिजाइन के लिए सबक 💡

मूल डिजाइन ने एक सजातीय प्रवाह और स्थिर स्थितियों को मान लिया था, लेकिन ट्रांसक्रिटिकल चक्र की वास्तविकता ने एक अप्रत्याशित क्षरण व्यवस्था पेश की। मुख्य सबक यह है कि CO2 सिस्टम में सामग्री की थकान न केवल यांत्रिक भार पर निर्भर करती है, बल्कि सुपरक्रिटिकल अवस्था में द्रव की रासायनिक और भौतिक बातचीत पर भी निर्भर करती है। भविष्य के डिजाइनों के लिए, अवधारणात्मक चरण से ही थकान विश्लेषण के साथ बहु-चरणीय CFD सिमुलेशन को एकीकृत करना महत्वपूर्ण है, और प्रोटोटाइप में आवधिक 3D स्कैनिंग के साथ इसे मान्य करना चाहिए। इस घटना को अनदेखा करना एक विस्तार वाल्व को एक महत्वपूर्ण और विस्फोटक विफलता बिंदु में बदल सकता है।

ट्रांसक्रिटिकल CO2 सिस्टम में सुई वाल्व के CFD सिमुलेशन में पहचाने गए कौन से महत्वपूर्ण कारक थकान दरारों के नाभिकीकरण और प्रसार की व्याख्या करते हैं जो रेफ्रिजरेशन यूनिट के विस्फोट का कारण बने?

(पी.एस.: सामग्री की थकान 10 घंटे के सिमुलेशन के बाद आपकी थकान जैसी होती है।)