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:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
ТЕМА 6. ОПЛАТА ПРАЦІ НА ПІДПРИЄМСТВІ	\|	БІЗНЕС-ПЛАН ІНВЕСТИЦІЙНОГО ПРОЕКТУ

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.007 сек.