CC BY
19
2. Айзенберг, Ю. Б. Справочная книга по светотехнике [Текст] / Ю. Б. Айзенберг. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Знак, 2006. -972 с.
3. Сапрыка, А.В. Современные технологии в осветительных системах мегаполиса [Текст] / А. В. Сапрыка. - Харюв, ХНУРЕ, 2010. -260 с.
4. Рубцов, В.П. Моделирование в технике [Текст] / В.П. Рубцов, М.Я. Погребисский - М.: МЭИ, 2008. - 101с.
5. Коган, Л.М. Полупроводниковые светодиоды: современное состояние [Текст] / Л.М. Коган - Светотехника, 2000. - №6. - С 11-15.
6. Щербаков, В.Н. Исследование надежности и диагностика светодиодов на основе гетероструктур всех основных цветов [Текст] / В.Н. Щербаков // В сб. трудов 20 МНТК «Информационные технологии и моделирование приборов и техпроцессов в целях обеспечения качества и надежности». М: МГУПИ. 2006. - Т. 3. - С. 65-74.
Abstract
The article represents an estimation of the reliability of street lighting system. The modern system of street lighting is the most complex system, the reliability of which is determined by the ability of an object to perform specified functions, saving in the course of time the values of specified operational characteristics within limits that match the specified modes and conditions of use. The process of change of operating mode parameters in the system of street lighting is usually accidental. This is connected with the random nature of load changes and the corresponding random nature of changes of power quality. The reliable operation of lighting systems is of great importance in the common balance of power consumption, that is why the modeling of the reliability of operation of shedding devices is relevant. A model of the reliability of LED shedding devices was suggested, taking into account the schedule of cycling work of lighting devices and monthly temperature and the prospects for further improvement of the street lighting of the city.
Keywords: estimation, street lighting, reliability, lighting system, basic kit, power consumption, statistical serie
-□ □-
В робот1 представлено результати експе-риментального дослгдження процесу витгкання перегртог води через коротка цилтдричт канали ргзног довжини. Отримано витратн характеристики каналов та визначено розмгр крапель, що утворюються в результата «вибухового скипан-ня» води на виходг сопла
Ключовг слова: адгабатно скипаючг потоки,
розпилення, дгаметр краплг
□-□
В работе представлены результаты экспериментального исследования процесса истечения перегретой воды через короткие цилиндрические каналы разной длины. Получены расходные характеристики каналов и определен размер капель, которые образовываются в результате «взрывного вскипания» на выходе сопла
Ключевые слова: адиабатно вскипающие
потоки, распыление, диаметр капли -□ □-
УДК 66.069.832:536.423.18
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ДОСЛ1ДЖЕННЯ РОЗПИЛЕННЯ ПЕРЕГР1ТО1 ВОДИ
А. С. Соломаха
Молодший науковий ствроб^ник Кафедра теоретично!' та промисловоТ теплотехнки Нацюнальний техшчний ушверситет УкраТни "КиТ'вський пол^ехычний шститут" пр. Перемоги, 37, м. Ки'Тв, УкраТна, 03056 Контактний тел.: 093-763-28-47 Е-mail: as solomaha@ukr.net
1. Вступ
Фазовому переходу рщина-пара майже завжди передуе метастабшьний стан. У випадку глибокого заходу в область метастабшьного стану подальший фа-зовий перехщ супроводжуеться значним видшенням енергп, що, крiм всього шшого, можна використовувати для штенсифжацп розпилення рщини [1-3]. В таких си-
стемах рщина перед подачею на форсунку попередньо пере^ваеться вщносно температури, що вщповщае точщ кипшня в газовому середовишД на виходi з форсунки.
Практичний штерес представляють перерви в iнтервалi температур води Тв = 110...220°С, що викли-кано широким поширенням вторинних енергоресурав iз вказаною температурою, яю можна використовувати
g
для попереднього перерву рщини без додаткових затрат енергп.
В той же час, швидкоплинний процес пароутво-рення пiсля виходу перегрио! рщини з форсунки мае доволi специфiчнi та маловивченi особливостi, що зу-мовило необхiднiсть бiльш детального дослщження пароводяного факелу перегрио! води.
Найбшьш просто реалiзувати витiкання перегрио! води можна через короткий цилшдричний канал. Не-зважаючи на iнтенсивне дослщження адiабатно ски-паючих потокiв [4-7] в лiтературi практично вiдсутнi дат щодо розмiру крапель, якi утворюються на виходi з сопла тсля «вибухового скипання».
2. Мета та завдання дослщження
Основним завданням дослщження було отримання даних по дисперсному складу крапель, що утворюють-ся в результат витжання перегрио! води через короткий цилшдричний канал, визначення впливу перерву на характеристики спектру крапель та витратш характеристики сопла, вивчення форми та розмiру факелу.
3. Опис установки та методики проведення експерименту
Для вивчення особливостей витжання перегрио! води було зiбрано експериментальний стенд, принци-пова схема якого зображена на рис. 1.
Рис. 1. Принципова схема експериментальноТ установки
Дослщження проводилися наступним чином: те-плоiзольований котел 1 (V = 8л) через заливний отвiр 2 заповнювався дистильованою водою (очистка методом зворотного осмосу), яка на^валася ТЕНом 3 до температури насичення та китла при атмосферному тиску близько 10 хвилин. Вважалося, що в результат з води повшстю видалялися розчинет в нш гази. Шсля цього заливний отвiр 2 герметизувався i нагрiв води продовжувався. Очевидно, що на^в води в замкнено-
му npocTopi супроводжувався зростанням тиску. Шсля досягнення необхщно! температури вщбувалося змен-шення потужносп ТЕНа 3 за допомогою регулятора потужносп 4 до рiвня, що забезпечував компенсацш теплових втрат котла в навколишне середовище. Про вихщ на робочий режим св1дчила стабшьшсть пока-зань датчикiв температури, що встановлеш в верхнiй та нижнш частинi котла. Пiсля цього вщкривався вентиль 5 та шд дiею тиску власно! насичено! пари вщбу-валося витiкання води через короткий цилшдричний канал 7. Прозора дшянка 6 слугувала для вiзуального контролю за станом рщини безпосередньо перед ци-лiндричним каналом. Замiри та фотографування роз-починалися тсля стабШзацп показань датчика темпе-ратури перед соплом.
В окремих дослщах для створення необхщного тиску в котлi передбачалася подача стисненого повиря з балону 9 через редуктор-регулятор 10. Контроль тиску здшснювався за показаннями манометра 8.
Вiзуальна реестрацiя процесу впорскування перегрето! води в потж повiтря здiйснювалася фотокамерою CANON Cybershot A540 з витримкою в дiапазонi до 1/2000 секунди. В якосп рееструвального вторинного прибору для вимiрювання температури використо-вувався восьмиканальний вимiрювач температури 11 РегМик 18 з програмним забезпеченням SSD_v3.5.
Якiсть розпилення визначалася в результат улов-лення крапель на iмерсiйне середовище (кедрове масло) за допомогою спещально розробленого пристрою 12 iз затвором для вщсжання крапель. Предметне скло з уловленими краплями встановлювалося пщ мжро-скоп «Биолам Р - 11» з мiрною сiткою, тсля чого вщ-бувалося мiкрофотографування та пщрахунок розмiру крапель.
4. Вплив початково! температури перегр^о! води на форму факела та витратш характеристики
Температура та тиск води в ко™ в бшьшосп дослщах в1дпов1дали лшп насичення. Досл1джувалося розпилення води через коротю цилiндричнi кана-ли дiаметром d = 0,5мм та рiзною довжиною L, мм (рис.2).
Рис. 2. Короткий цилшдричний канал
Основним робочим каналом слугувало сопло з вщношенням L/d = 2 (L = 1мм). В такому каналi збе-рiгаеться висока степшь метастабiльностi потоку, а скипання рщини в1дбуваеться в основному на виходi з сопла i супроводжуеться активним пароутворенням.
При температурах води до 150 оС спостерггаеться крупномасштабний розпад струменя на окремг части-ни, що рухаються один за одним в осьовому напрямку (рис. 3). При таких малих перегргвах шдльшсть цен-тргв пароутворення настгльки мала, що на дглянцг струменя довжиною одного дгаметру приходиться менше одного зародку пари [6]. Поле початкових па-раметргв ргдини, при яких вгдбуваеться розпад такого типу, приблизно спгвпадае з полем поверхневого роз-паду струменя.
G = £-11^2 АР р1
Рис. 3. Зовшшшй вигляд струменя перегр1тоТ води;
Т = 140 оС, L/d = 2
Замгри температури в1с1 струменя виявили висо-ку незавершенгсть процесу пароутворення на виходг з сопла: ргдина виходить у виглядг метастабгльного стану.
З точки зору розпилення дгапазон температур до 140 оС сам по собг не представляе окремого гнтересу. Проте, слабкг перегргви можуть бути використанг для покращення гснуючих вар1антгв розпилення, коли на гснуючий ефект (закрутка струменя чи гн.) додатково накладаеться ефект скипання метастабгльно! ргдини.
При початкових температурах води вище 150 0С стае помгтним вплив фазових перетворень на форму струменя (рис.4). Факел розпилення приймае харак-терний конгчний вигляд, при цьому кут розкриття за-лежить вгд початково! температури 1 монотонно зростае приблизно вщ а = 400 при 160 0С до а =110 0 при 210 оС. Подальше зростання температури води до 230 оС не суттево змгнювало форму факела.
Рис. 4. Зовышнм вигляд струменя перегр1тоТ води L/d = 2: а - Т = 160 оС; б - Т = 200 оС
Експериментальнг дослгдження витгкання перегрето! води через канали з вгдношенням L/d < 3 показали, що в широкому гнтервалг температур витрата води, що скипае, близька до результатов розрахунку по ргвнян-ню Бернуллг, яке справедливе для нестисливо! ргдини:
де G - масова витрата води, кг/с; f - площа перерезу сопла, м2; Ар = р/- р0 - перепад тиску в канала, Па; Р1 - щгльшсть р^дини при температура дослгду, кг/м3; ¡л - ггдравлгчний коефгцгент витрати, який визнача-еться дослгдним шляхом по витгканню холодно! рщини.
На рис. 5 зображено витратш характеристики каналу L/d = 2 для холодно! та перегргто! води з параметрами на лгнГ! насичення в залежностг вщ початкового тиску на вход! в канал.
Рис. 5. Залежысть витрати води вщ початкового тиску для каналу L/d = 2
Отриманг данг свгдчать про под16н1сть кривих витжання холодно! та гарячо! води, проте вгдзначаеть-ся падгння витрати перегрето! води в поргвняннг з холодною, що при використаннг формули Бернуллг можна врахувати за рахунок зменшення ггдравлгчного коефгцгенту витрати ¡. Зокрема, для постойного тиску 0,4 МПа коефгцгент витрати поступово зменшуеться в1д л ~ 0,8 для холодно! води до л ~ 0,7 для насичено! при даному тиску (рис. 6). Стабгльний тиск в котлг в дангй серГ! досл1д1в пгдтримувався за допомогою подача повгтря з балону через редуктор-регулятор.
Аналоггчний комплекс дослiджень було виконано для довших каналiв. Зокрема при постгйному дiаметрi сопла d = 0,5 мм вiдношення L/d складало 4; 8 та 14.
1з зростанням довжини каналу спостерiгаеться зменшення метастабiльностi на виходг з сопла, що супроводжуеться змгною форми факелу: вгн набли-жаеться до форми газового струменя з гострим кутом розкриття. Причому для довгих каналгв ^^ = 8 та 14) пгдвищення температури в гнтервалг 160...210 оС практично не змгнюе його форми (рис.7).
Результати дослгдгв по витратним характеристикам для всгх каналгв було зведено до залежностг виду
1 = Г (Ар), 1
кг
(рис. 8).
Як видно з рисунку, експериментальна витрата перегргто! води лежить в межах мгж витгканням гдеально! ргдини, що розраховуеться за ргвнянням
Бернуллг 1 = ч/2 - Ар - р, , та гдеального газу, витрату 1
якого можна знайти за ргвнянням Сен-Венана:
а
2
к +1
• Ро •
2 • к
4. Визначення розмiру крапель
Я• То •(к +1)
Характер та поведшка отриманих експерименталь-них даних в цшому шдтверджуеться експериментальни-ми та аналггичними дослщженнями [4-8], що говорить про адекватшсть отриманих результат1в та можливють використання з1браного стенду для експерименталь-ного дослщження процесу розпилення перегргго! води.
Рис.6. Залежнють витрати води вiд початковоТ температу-ри при постiйному тиску Р=0,4 МПа для каналу L/d = 2
Рис. 7. Зовшшнш вигляд струменя перегрiтоТ води L/d = 8, Т = 180 оС
Рис. 8. Вплив довжини каналу на витрату перегртоТ води в залежност вiд початкового тиску
Уловлення крапель води здшснювалося за до-помогою спещально розробленого пристрою, який вщсжав частину крапель з потоку на предметне скло з 1мерсшним середовищем. При цьому юнувала можливють регулювання швидкост руху затвору, що дозволяло для р1зних дослщш регулювати кшькють крапель, яю потрапляли на предметне скло. Пристрш розмщувався на вщсташ 400 мм вщ сопла.
При початкових температурах до 170оС в поле пристрою для вловлювання крапель перюдично потрапляли суцшьш струмеш води, що говорить про непо-вну завершешсть розвалу струменя на окрем1 крапл1 в даному д1апазош температур. Для випадку викори-станням в якост розпилювача простого сопла даний р1вень температур не представляе значного штересу.
Розподтення для крапель при р1знш початковш температур1 води зображено вщповщно на рис. 9.11. Тиск в котл1 в ус1х дослщах вщповщав насиченню при данш температура
Рис. 9. Розподтення крапель по дiаметру при Т = 180оС, L/d = 1
Рис. 10. Розподтення крапель по дiаметру при Т = 195оС, L/d = 1
З рисунюв видно, що 1з зростанням початково! тем-ператури води середнш д1аметр крапель зменшуеться та реал1зуеться бтьш вузьке розподтення крапель по д1аметру.
Характерш фото уловлених крапель зображено на рис. 12.
Отримаш результати показують, що система розпилення з використанням перегргго! води дозволяе реал1зувати диспергащю рщини з якютю,
яка задовольняе вимогам щло1 низки технолопчних процеав. При цьому реал1зац1я розпилення можлива навггь при застосуванн1 максимально просто! форсунки.
Але, з шшого боку, очевидно, що даний спос 1б розпилення заслуговуе серйозно! уваги лише при наявност постшного джерела вторинних енергоресурс1в з температурою необидного р1вня. З ще'1 точки зору одним з найбшьш перспективних вар1ант1в застосування перегргго! води е реал1зац1я контактного охолодження циклового повгтря газогурбiнно1' установки [3, 9]. В цьому випадку, крiм безпосереднього виршення задачi розпилення, додатково вдаеться частково повернути теплоту вщпрацьованих газiв в цикл енергоустановки.
5. Висновки
45 40 35 30 25 20 15 10 5 О
1
/
л\ ................
20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220
240 д, мкм
Рис. 11. Розподтення крапель по д1аметру при Т = 215оС, L/d = 1
1. Для вах дослщжених режимiв, незалежно вщ довжини каналу, зафжсовано падшня витрати перегрiго1' води в порiвняннi iз експерименталь-ним значенням для холодно! води. При цьому, чим довше канал, тим бшьш суттеве зменшення витрати, що пояснюеться бшьш повним за-вершенням процесу пароутворення всерединi каналу. Як наслщок, iз зростанням довжини каналу витрата рщини i форма струменя набли-жаються до умов витжання газового струменя.
2. Для коротких каналiв (Ь^ < 3) витрату перегргто! води можна наближено знаходити за рiвнянням Бернуллi. При цьому зменшення витрати враховуеться за рахунок зменшення (уточнення) гiдравлiчного коефшденту витрати р в порiвняннi з його значенням для витжання холодно1 води.
3. 1нтенсивний розпад струменя перегрiго1' води на окремi краплi починаеться з температури 175...180оС. Для даного випадку мае мшце ши-роке розподшення крапель по дiамегру: вiд 30 мкм до 150 мкм i навгть бiльше для окремих масивних крапель.
4. 1з зростанням почагково1' температури води середнiй дiамегр крапель зменшуеться та реалiзуеться бiльш вузьке розподiлення крапель по дiаметру. Так при температурi 215оС 80% крапель по мас мають дiамегр менше 60 мкм.
5. Використання перегрiто1' води для розпилення в чистому виглядi можливе лише в окремих ви-падках (наприклад, для ГТУ). Проте, перерви рiзного рiвня можуть бути використаш для покращення iснуючих варiантiв розпилення, коли на вiдомий ефект додатково накладаеться скипання метастабшьно'1 рщини. Визначення впливу перегрiву рiдини на роботу рiзного типу форсунок потребуе окремого дослщження.
б
а
Рис. 12. Фото уловлених крапель: час вщкриття затвору 9мс; збшьшення 56х: а)Т = 180оС; б) Т = 215оС
Лiгерагура
1. Лыков, М.В. Распылительные сушилки / Лыков М.В., Леончик Б.И. - Москва, 1966. - 333 с.
2. Домбровский, Л.А. Распыление перегретой воды: результаты экспериментальных исследований / Домбровский Л.А., Зал-кинд В.И. и др. // Теплоэнергетика. - 2009. - №3. - с.12-20
3. Алексеев, В.Б. Теплофизические и инженерные проблемы мелкодисперсного распыла и впрыска воды в компрессор ГТУ / Алексеев В.Б., Залкинд В.И., Зейгарник Ю.А. и др. // Труды пятой Российской Национальной Конференции по Теплообмену. - 2010. - Том 5. - с.125-128
4. Зысин, В.А Вскипающие адиабатные потоки / Зысин В.А., Баранов Г.А., Барилович В.А., Парфенова Т.Н. - Москва: Атомиз-дат, 1976. - 152 с.
5. Исаев, О.А. Формы распада свободной струи вскипающей жидкости / Исаев О.А., Неволин М.В., Уткин С.А. // Термодинамика метастабильных систем: Сборник научных трудов. Свердловск: УрО АН СССР. - 1989. - с.33-39
6. Решетников, А.В. Динамика пульсаций при взрывном вскипании струй перегретой воды / Решетников А.В., Мажейко А.Н., Беглецов В.Н., Скоков В.Н., Коверда В.П. // Письма в ЖТФ. - 2007. - Том 33. - вып.17. - с.31-37
7. Решетников, А.В. Неравновесные фазовые переходы в струе сильно перегретой жидкости / Решетников А.В., Мажейко А.Н., Скоков В.Н., Коверда В.П. // Теплофизика высоких температур. - 2007. - том 45. - №6. - с.838-846
8. Павлов, П.А. Динамика вскипания сильно перегретых жидкостей. Свердловск: УРО АН СССР, 1988
9. Ануров, Ю.М. Расчетное исследование влияния впрыска воды на характеристики компрессора газотурбинной установки ГТ-009 / Ануров Ю.М., Пеганов А.Ю., Скворцов А.В. и др. // Теплоэнергетика. - 2006. - №12. - с.19-24.
Abstract
Despite the intensive research of adiabatic boiling flows there are virtually no data in literature on the size of droplets, formed at the exit of a nozzle after «explosive boiling». The article shows the results of experimental research of the process of leakage of superheated water through short cylindrical channels. The allocation and the size of droplets, formed as a result of the collapse of a flow of superheated water, were presented; the shape and sizes of the flare for water temperature in the range 100 ... 220 оС were described . In addition, the effect of water temperature and form of a channel for consumable nozzle characteristics was studied. The results show that the atomization system using superheated water can realize the dispergation of fluid of quality that meets the requirements of a number of technological processes. The atomization is possible even when using the simplest possible jet. At the same time, possible areas of application of superheated water for atomization are limited by systems, in which there is a constant source of waste energy with temperature of required level. From this point of view, one of the most promising variants of use of superheated water is the realization of contact cooling of cyclic air of gas turbine installations
Keywords: adiabatic boiling flows, atomization, diameter of a drop
-□ □-
Визначен параметри ^О-течи в мiжлопаткових каналах для нерухомог та за умови обертання робочог рештки газовог турбни за допомогою розв'язування прямих задач. Спроектован мiжлопатковi кана-ли нових решток i вiдповiднi гм профШ за допомогою оберненог задачi. Визначений вплив обертання, форми поверхн течи i граничних умов оберненог задачi на геометричн характеристики профШв та на коефщенти профшьних втрат нових решток
Ключовi слова: газова турбна, робоча рештка, профть, мiжлопатковий канал, пряма i обернена задачi
□-□
Определены параметры ^О-течения в межлопаточных каналах для неподвижной и вращающейся рабочей решетки газовой турбины, используя решения прямых задач. Спроектированы межлопаточные каналы новых решеток и соответствующие им профиля с помощью обратной задачи. Определено влияние вращения, формы поверхности тока и граничных условий обратной задачи на геометрические характеристики профилей и на коэффициенты профильных потерь решеток
Ключевые слова: газовая турбина, рабочая решетка, профиль, межлопаточный канал, прямая и обратная задачи
-□ □-
УДК 621.165
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОФИЛЕЙ РАБОЧЕЙ РЕШЕТКИ ГАЗОВОЙ ТУРБИНЫ С ПОМОЩЬЮ ОБРАТНОЙ ЗАДАЧИ
В. П. Субботович
Кандидат технических наук, старший научный сотрудник Кафедра турбиностроения Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт» ул. Фрунзе, 21, г. Харьков, Украина, 61002 Контактный тел.: (057) 707-63-68 E-mail: alex78ua@yahoo.com
1. Введение
Надежность и экономичность проточных частей турбин в значительной степени определяется совершенством сопловых и рабочих решеток. Поэтому проблема создания высокоэффективных, технологических и надежно работающих лопаточных аппаратов
была и остается в центре внимания специалистов, которые занимаются турбиностроением.
На практике при проектировании лопаток используют нормали, ОСТы, атласы экспериментально проверенных профилей с относительно низкими коэффициентами потерь. Их применяют в течение десятков лет, поскольку создать высокоэкономичный профиль -сложная и дорогостоящая исследовательская задача.
©
