Delist.ru

Теоретические основы методов расчета роторных аппаратов с учетом нестационарных гидродинамических течений (05.09.2007)

Автор: Червяков Виктор Михайлович

и времени.

Трение в осевом зазоре определяется по выражению

Особенностью выражений (20), (21), (23), (24) является то, что они не содержат экспериментальных показателей степени и коэффициентов, что отмечается в существующих методиках для определения потребляемой мощности в роторных аппаратах. Предложенные зависимости можно использовать при предварительной оценке энергоемкости (удельных энергозатрат) технологического оборудования имеющего проницаемые конические поверхности.

. На рис.6 показаны характерные графики. Общим для этих всех графиков является то, что в начальный момент времени имеется максимум мощности, затем графики стремятся к величине мощности, соответствующей установившемуся режиму.

В третьей главе рассмотрены кавитационные явления в роторных аппаратах. Кавитация является одним из важнейших факторов, способствующих интенсификации различных химико-технологических процессов диспергирования, растворения и т.д. Акустическая импульсная кавитация представляет собой эффективный механизм концентрации энергии, когда относительно низкая средняя плотность энергии звукового поля трансформируется в высокую плотность энергии, выделяющуюся при сжатии пузыря. Газосодержание является одним из важнейших свойств жидкости значительно влияющим на кавитацию, характеризующуюся числом акустической кавитации. Современные авторы дают противоречивые данные о влиянии газосодержания на интенсивность кавитации, т.е. в одних работах с целью интенсификации процесса рекомендуют добавлять свободный газ в жидкость, в других предлагают уменьшать газосодержание. Таким образом, очевидно, что существует такое газосодержание, при котором интенсивность кавитации максимальна. Об этом свидетельствует ряд экспериментальных работ. Для теоретического подтверждения эмпирических данных разработана математическая модель динамики кавитационного пузыря с учетом содержания свободного газа в жидкости.

Модель радиально-сферических колебаний парогазового пузыря основана на аппроксимации Херринга в относительных величинах. Зависимости получены с учетом особенностей гидромеханической обстановки возникающей в роторном аппарате в зависимости от его конструктивных и режимных параметров. Сделаны следующие допущения: пренебрегаем тепло-массообменными процессами в пузыре, т.к. температура среды значительно меньше температуры кипения; не учитываем давление, излучаемое ансамблем кавитационных пузырей, т.к. оно изменяет конечный результат не более чем на 10%. В результате получено следующее уравнение

определяется по зависимости

Скорость звука с в газожидкостной среде определяется по Вуду

из решения уравнений нестационарного течения: а) несжимаемой среды выражений (1)-(4), б) сжимаемой среды (13), (4), после взятия производной по времени.

Начальные условия для уравнения (25) имеют вид

, связанные следующими соотношениями (газ в пузыре предполагается идеальным)

и т.д. Данная программа зарегистрирована в Федеральной службе по интеллектуальной собственности, патентом и товарным знаком под №2005610721 «Программное обеспечение для определения параметров, характеризующих режим наиболее интенсивной кавитации в газожидкостной среде».

?????y??????K?ж

практически постоянна и равна 0,009.

Определено изменение величины импульса кавитационного давления при постоянном газосодержании от акустического числа кавитации по выражению

На всех полученных графиках имеется резко выраженный максимум (рис.7). Экспериментальное подтверждение изложено в 5 главе.

от начального газосодержания (рис.8), которую можно аппроксимировать выражением

Выражение (30) позволяет более обоснованно произвести расчет роторного аппарата на его работу в режиме наибольшего кавитационного воздействия на проводимые процессы.

до 0,5 максимальная амплитуда кавитационного давления падает почти в 500 раз.

возрастает примерно в 300 раз.

в (25).

на модуль отрицательного ускорения, вызывающего акустическую импульсную кавитацию.

незначительно. Таким образом, можно утверждать, что уравнение (30) можно использовать при изменении конструктивных и режимных параметров в исследованных границах.

. Канал статора является задающей колебательной системой с распределенными параметрами. В канале статора при определенных соотношениях, вследствие отражения колебаний от открытого конца в канале, образуется стоячая волна и возникает резонанс. Причем канал возбуждается как на основной частоте, так и на обертонах. В случае, когда канал на входе открыт, его основная частота равна

Если канал закрыт промежутком между каналами ротора, основная частота определяется выражением

Частота резонансных колебаний определяется задающей системой – каналом или камерой озвучивания, независимо от механизма возбуждения (уравнение (33)). Очевидно, наилучший случай - равенство выражения (33) выражению (31) или (32), конкретный результат должен быть подтвержден экспериментально.

Рассмотрен механизм интенсификации массообменных процессов при возникновении резонанса, заключающийся, во-первых, в том, что плотность энергии стоячей волны в 4 раза больше чем бегущей; во-вторых, кавитирующие пузыри и частицы твердой фазы двигаются в поле стоячих волн во встречных направлениях, что усиливает кавитационное воздействие; в-третьих, твердые частицы ускоряются при движении к пучностям и замедляются при приближении к узлам давления, что увеличивает относительную скорость обтекания и количество взаимных столкновений.

Выявлен механизм влияния резонансного процесса на гидравлические характеристики роторного аппарата. При совпадении каналов ротора и статора по каналу статора распространяется импульс сжатия, т.е. по каналу перемещается со скоростью звука передний фронт импульса повышенного давления. При отражении от открытого конца задний фронт импульса сжатия возвращается к началу канала. При этом возможны два случая. Первый – к моменту возвращения каналы совпали, в этом случае перепад давления между ротором и статором возрастает. Второй - к моменту возвращения импульса разряжения канал закрыт и этот импульс, поменяв знак, возвращается к открытому концу канала, отражается без потери знака и возвращается к началу канала. Если каналы совпадают, то перепад давления уменьшается. Увеличение перепада давления положительно влияет на развитие кавитационного процесса. Предложенный механизм интенсификации массообменных процессов подтвержден экспериментально в 5 главе.

Условие возникновения резонансного процесса определяется соотношением

где время, когда канал статора закрыт, равно

а время пробега импульса давления по длине канала

В пятой главе приведено описание 2х полупромышленных установок производительностью соответственно до 4,5 м3/ч и 17,5 м3/ч, позволяющих производить исследование в условиях, не отличающихся от заводских.

Описаны методики и аппаратура для исследования гидромеханических нестационарных процессов, процессов растворения и эмульгирования, влияние качества полученной смазочно-охлаждающей жидкости на стойкость режущего инструмента и качество обработанной поверхности.

Для исследования гидродинамики потоков применен гидрофонный метод, с использованием датчика из титаната бария и получением фотографий осциллограмм звукового давления с запоминающего осциллографа.

Полученные осциллограммы подтверждают необходимость использования 2х моделей течения – для несжимаемой и сжимаемой жидкости. Граница применимости моделей отвечает условию (14). Осциллограмма на рис.9 качественно соответствует аналитическим зависимостям, полученным в 3 главе (рис.4).

В результате обработки экспериментальных данных методом средних получено выражение для определения коэффициента гидравлического сопротивления роторного аппарата, работающего в режиме наиболее интенсивной акустической кавитации

Критерий кавитации Стайлса удобен для практического использования, т.к. его легко регулировать, изменяя давление в камере озвучивания и перепад

соотношением

Изучены расходные характеристики роторных аппаратов с радиальными и наклонными каналами в статоре и доказано снижение гидравлического сопротивления при применении наклонных каналов.

Подтверждено возникновение в длинноканальном роторном аппарате явления резонанса, условие его существования в виде (34)-(36) и влияние на величину перепада давлений между ротором и статором (рис.10)

загрузка...