• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Сафонов В.А. канд.дис. « Визначення оптимальних параметрів вихрових холодильно-нагрівальних пристроїв.»Харьков, 1972, ХАІ.

Лекція №1

Тема: Ввідна лекція з дисципліни «Вихрові перетворювачі енергії»

Тривалість: 2 години

Мета: Ознайомити студентів з принципами вихрового перетворення енергії, дати історичний огляд розвитку проблеми, висловити перспективи застосування вихрових труб в спеціальності НІЕ.

План:

7. Принципи вихрового розділення повітря.

8. Історичний огляд проблеми.

9. Роль вихрових перетворювачів в спеціальності НІЕ.

10. Схема теплового насоса з використанням вихрових труб.

11. Видача завдання для самостійних занять.

12. Відповіді на питання студентів.

Література:

6. Меркулов А.П. «Вихровий ефект і його застосування в техніці». М.Машиностроєніє, 1969.

7. Бродянській В.М., Мартинов А.В. «Що таке вихрова труба?»

8. Волов В.Т., Сафонов В.А. Термодинаміка і теплообмін сильнозакрученних течій, Харків, ХАІ, 1972.

Лекція обговорена і затверджена на засіданні кафедри Э і НІЕ

Протокол № ____ від «____» __________ 200_ р.

Розробив: Зав.каф.«Э і НІЕ» Сафонов В.А.

Сучасний рівень розвитку техніки пред'являє високі вимоги до знов створених енергетичних і тепломассообменним установок і пристроїв.

Так, наприклад, в авіаційній і ракетній техніці основні з цих вимог зводяться до наступних: збільшення енергоозброєності, малі габарити і вага, конструктивність, надійність, безінерционность, економічність і відсутність спеціального обслуговування.

У лазерній техніка – це збільшення знімання вихідної потужності з одиниці об'єму активної частини газового лазера при зменшенні габаритів всієї установки в цілому, наприклад, при відсутній організації потоку.

У промисловій теплоенергетиці – використовування вторинних енергоресурсів за рахунок створення замкнутих теплових процесів.

Задоволенню багатьох з перерахованих вимог можуть служити газові і теплообмінні пристрої, що мають в своїй основі закручений потік газу.

В даний час є обширний теоретичний і експериментальний матеріал по слабо закручених течіях в різних каналах і енергетичних установках. Використовування закручування потоку дозволяє істотно інтенсифікувати теплообмін і поліпшити процеси горіння в камерах згорання.

Узагальнення обширних експериментального і теоретичного досліджень з даного питання надане в монографіях Щукина В.К. і Халатова А.А.. Основоположними теоретичними роботами по нестискуваних потоках з довільним закручуванням є дослідження Гольдштіка М.Е. і учнів його школи.

При цьому є узагальнення одержаних рішень на клас турбулентних нестискуваних стаціонарних течій з постійною величиною коефіцієнта турбулентної в'язкості.

Сильно закручені течії, що стискаються, в даний час є якнайменше вивченою областю як в теоретичному, так і в експериментальному плані. Слід зазначити, що сильно закручені течії, що стискаються, реалізуються в практиці в таких вихрових пристроях, як вихрові труби, труби, що самовакуумуються, вихрові іжекторниє насоси, вихрові труби з додатковим потоком і різних їх комбінацій і модефікаций. Основоположними дослідженнями в даній області є роботи Меркулова А.П., Епіфанової В.І., Суслова А.Д., Гроздовського, Мартиновського В.С., Гуляєва А.І., Ранка ж., Хилша Н., Штима А.Н., Дубінського М.Г. і учнів їх шкіл, до яких відноситься і автор курси. Визначення інтегральних характеристик вихрових пристроїв (холодопроїзводітельності, КПД, коефіцієнту ежекції, ефекту охолоджування) присвячене багато робіт. Тут найцікавішими є дослідження вихрового ефекту на водяній парі, дослідження параметрів усередині вихрової труби, дослідження тепловіддачі при обертанні потоку, що стискається .

Складнощі теоретичного плану за рішенням цієї проблеми базуються на відсутності загальної теорії турбулентності і неопредолімих в нас тоящєє час технічних складнощах рішень повної системи рівнянь Навье-Стокса для нестаціонарної течії, що стискається.

Необхідність в загальній теорії турбулентності для теоретичного аналізу закручених течій, що стискаються, виходять з того факту, що в таких течіях турбулентність неоднорідна і неізотропна, тобто наближення ізотропної турбулентності нерівномірне і не може привести навіть якісному узгодженню з досвідом.. технічні складнощі в рішенні повної системи рівняння Навье-Стокса для нестаціонарного потоку, що стискається, полягають у відсутності в даний час ЕЦВМ з відповідною швидкодією.

Складнощі експериментального дослідження сильно закручених течій, що стискаються, в каналах обумовлені тим, що термоанімометрічеськіє методи визначення внутрішньої структури потоку не застосовані, оскільки розподіл термодинамічних параметрів істотний нєїзотермічно по радіусу вихору (наприклад, в короткій вихровій трубі, що самовакуумується, розподіл термодинамічних параметрів наближається до адаїабатічеському). Виду цього термоанемометри одночасно фіксуватимуть пульсації температури, густини і тиску, що приведе до невизначеності при розшифровки сигналу. Використовування тіньових методів не привело до відчутних позитивних результатів, оскільки через високий рівень турбулентності картина течії виходить розмитою.

Зондування сильно закручених течій з великими дозвуковими і надзвуковими швидкостями в каналах газодинамічними насадками дозволяє досліджувати швидше якісну структуру усередненої в часі течії, ніж його кількісну сторону. Що вносяться подібними датчики спотворення в потік, можуть перевищувати 50%. Найперспективнішими способами експериментального дослідження такого типу течій, очевидно є лазерні методи зондування потоку.

Проте, при дослідженні сильно закручених течій лазерними методами є свої складнощі.

Зважаючи на вище перераховані труднощі теоретичного і експериментального порядку зрозуміле прагнення дослідників вивчати течію у вихрових пристроях наближеними теоретичними методами. Виправданням того факту, що в багатьох з перерахованих робіт по дослідженню вихрових пристроїв автори використовують рівняння невизкого газу, що стискається, є те, що у вихрових пристроях вказаних вище типів центрабежного прискорення, виникаючі у вихорі досягають гігантських величин 106- 108q і таким чином ні в'язкість, ні теплопровідність не можуть привести до якісної зміни поля швидкостей у вихровій камері: є переферійная область течії, близька до потенційного закону і пріосевая зона квазітвердого обертання. Наближений облік турбулентного обміну, що є основою енергорозділення у вихрових трубах, здійснюється за рахунок показника політропного процесу.

Граничне теоретичне значення показника політропи в сильно закрученій турбулентній протоці, що стискається, як показано в роботі Хинце і в роботі Меркулова А.П. рівно показнику адіабати До, що відповідає завершенню процесу обміну між вихором і потенційною течією. При цьому обмін здійснюється турбулентними полями, що скоюють мікрохолодильні цикли між вимушеним вихором і потенційною областю, завершення процесів перенесення реалізується при розподілі термодинамічних параметрів по радіусу вихрової камери відповідному закону адіабати. Проте, як показують численні експерименти розподіл термодинамічних параметрів у вихрових камерах реалізується при показниках політропи менших показника адіабати, при цьому показник політропи істотно змінний в об'ємі вихрової камери. Єдиним виключенням зі всіх видів вихрових камер є вихрова труба з мінімальної завдовжки вихрової камери, що самовакуумується, де розподіл термодинамічних параметрів в сопловому перетині близький до адіабатичного (коефіцієнт політропного КПД близький до одиниці зпол = 0,98 – 0,96). У разі ухвалення в розрахунковій методиці політропного розподілу термодинамічних параметрів у вихровій камері необхідне використовування додаткових даних. Проте, не дивлячись на істотну відмінність в розподілі термодинамічних параметрів від адіабатичного розподілу, інженерні методики розрахунку вихрових труб, вихрових труб з додатковим потоком, засновані на наближенні адіабатного розподілу показують задовільне узгодження з досвідом по інтегральних характеристиках. Слід підкреслити, що такий клас вихрових пристроїв як вихрові труби, що самовакуумуються, вихрові вакуум – насоси, вихрові ежектори теоретично не расчитивалісь до останнього часу зважаючи на складний характер течії в раськруточном дифузорі вихрового пристрою. Виключенням в даному класі вихрових пристроїв був вихровий вакуум-насос Дубінського М.Г., але зважаючи на відсутність методу розрахунку раськруточного дифузора розбіжність теоретичних і експериментальних даних перевищувала 200%.

Слід зазначити, що для якісного пояснення енергорозділення в сильно закручених потоках, що стискаються, необов'язково вдаватися до мікроскопічного опису процесу, цілком достатньо використовувати макроскопічний підхід, але для кількісного прогнозування необхідна додаткова інформація.

Результати досліджень знайшли важливу особливість вихрового ефекту – наявність автоколивань у вихровій трубі. З цієї точки зору холодний осьовий і гарячий перефірійний потоки можна розглядати як макроскопічні флуктуляциі, процес утворення яких супроводжується коливаннями флуктірующего об'єму в термодинамічно відкритій системі і втратою його стійкості. Тобто вихровий ефект можна розглядати як процес самоорганізації діссипатівних структур – холодного осьового і гарячого потоку. Нові діссепатівниє структури – холодний осьовий і гарячий периферійний потоки володіють високою стійкістю (унаслідок чого не відбувається їх змішення у вихровій трубі). Це уявлення підтверджується тим фактом, що вплив температури, тиск, стисливості газу ідентичний для флуктуацій Енштейна і для вихрового ефекту. Проведені дослідження показали, що разом з енергетичним розділенням газів і пари, фазовим розділенням неоднорідних середовищ, вихрові труби можливо використовувати як генератори автоколивань. Тут, залежно від діапазону частот коливань вихрові труби можливо використовувати як лазери, і в діапазоні малих частот – як пристрої для аеродинамічного обмолоту с/х культур, і для зрізаючого, що хоча застосовується в іншій області техніки, але має загальну фізичну природу – генерацію когерентних автоколивань.

Залежно від призначення, вихрові труби досліджені в діапазоні від 1мм до 2 м. Вихрові труби використовуються в пристроях для наземного випробування авіадвигунів, літаків і окремих їх елементів, що дозволили спростити технологічне устаткування і підвищити надійність його роботи, в пристроях для охолоджування бурових доліт, дозволяючі підвищити стійкість бурового інструменту в два рази (аналогічно і ріжучого інструменту металообробних верстатів), в пристроях для енергетичного розділення і очищення доменного газу, дозволяючі різко скоротити розміри газоочистки, в пристроях для автономного кондиціонування (наприклад, масок зварювача, масок використовуваних при забарвленні виробів), дозволяючі різко поліпшити умови праці.

Не дивлячись на перераховані труднощі у вивченні вказаної проблеми, практика настійно вимагає створення методів оперативного прогнозування і оптимізації робочих характеристик пристрою, що мають в своїй основі сильно закручені потоки, що стискаються. Так, наприклад, в лазерній техніці – це створення вихрового лазера, в авіаційній техніці – створення і прогнозування вихрових авіаційних систем холоду, в промисловості – створення локальних систем холоду, кондиціонування і ежектірованіє.

Склав д.т.н., професор Сафонов В.А.

Читайте також:

1. I визначення впливу окремих факторів
2. I. Доповнення до параграфу про точкову оцінку параметрів розподілу
3. II. Визначення мети запровадження конкретної ВЕЗ з ураху­ванням її виду.
4. II. Мотивація навчальної діяльності. Визначення теми і мети уроку
5. Ocнoвнi визначення здоров'я
6. Алгебраїчний спосіб визначення точки беззбитковості
7. Аналіз службового призначення деталей та конструктивних елементів обладнання харчових виробництві, визначення технічних вимог і норм точності при їх виготовленні
8. Аналіз стратегічних альтернатив та визначення оптимальної стратегії формування фінансових ресурсів
9. Аналіз ступеня вільності механізму. Наведемо визначення механізму, враховуючи нові поняття.
10. Балансова теорія визначення статі. Диференціація статі і роль гормонів у цьому процесі.
11. Безстатеве розмноження, його визначення та загальна характеристика. Спори — клітини безстатевого розмноження, способи утворення і типи спор.
12. Біостратиграфічні методи визначення віку порід

Переглядів: 800