مفارقة اللزوجة: كيف تعمل مضخات النفط والماء بشكل مختلف
غالبًا ما يُنظر إلى اللزوجة السائلة على أنها عقبة، ولكنها تشكل بشكل فريد مسارات ابتكار المضخات. تشرح هذه الورقة البحثية كيف يحول مهندسو مضخات النفط والمياه تحديات السوائل إلى حلول مخصصة.
الترقق القصي مقابل السلوكيات النيوتونية
تظهر الزيوت متعددة الدرجات ترققًا بسبب القص - تنخفض اللزوجة عند معدلات القص العالية. تستغل مضخات الزيت الذكية هذا من خلال:
تشغيل بسرعتين: بدء تشغيل بعزم دوران مرتفع، ثم تقليل عدد الدورات في الدقيقة بمجرد استقرار التدفق.
الأسطح ذات الملمس الدقيق: تعمل جدران الجزء الثابت المحفورة بالليزر على تقليل اللزوجة الفعالة بنسبة 12%.
تسمح ثباتية الماء النيوتونية بالنمذجة التنبؤية. تعمل خوارزميات المكره "فاست كيرف" من الخشب على تحسين زوايا الشفرات لنطاقات سرعة محددة (ن س)، مما يؤدي إلى تحقيق كفاءة قصوى تبلغ 93%.
استراتيجيات إدارة التسرب
من الناحية النظرية، تعمل اللزوجة العالية للزيت على تقليل التسرب، ولكن تقلبات درجات الحرارة تسبب فشل الختم. الحلول:
تحافظ مواد تغيير الطور في الأختام على نافذة تشغيلية تتراوح بين 40 إلى 60 درجة مئوية.
أختام ميكانيكية مزدوجة مع حقن سائل حاجز.
تعمل مضخات المياه على مكافحة التسرب بشكل مختلف:
تتمتع أختام كربيد السيليكون الخزفية بمقاومة للتآكل الناجم عن الجزيئات العالقة.
تهيمن التصميمات التي لا تتسرب مثل المضخات ذات المحرك المغناطيسي على الصناعات الكيميائية.
الاتجاهات المستقبلية
مضخات النفط: سوائل نانوية قابلة للتحلل البيولوجي تتطلب تصميمات احتكاكية جديدة.
مضخات المياه: استعادة الطاقة التناضحية في تحلية المياه (على سبيل المثال، النماذج الأولية لشركة ستاتكرافت في النرويج).
