Научная статья на тему 'Экспериментальное исследование отрывных течений на входе во всасывающие отверстия'

Экспериментальное исследование отрывных течений на входе во всасывающие отверстия Текст научной статьи по специальности «Физика»

CC BY
66
18
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ОТРЫВНЫЕ ТЕЧЕНИЯ / ВСАСЫВАЮЩИЕ КАНАЛЫ / НАТУРНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ / КОЭФФИЦИЕНТ МЕСТНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ

Аннотация научной статьи по физике, автор научной работы — Аверкова Ольга Александровна

Описываются разработанные экспериментальные установки и методика проведения натурного эксперимента по исследованию отрывных и вихревых течений на входе во всасывающие каналы

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Экспериментальное исследование отрывных течений на входе во всасывающие отверстия»

Аверкова О. А., канд. техн. наук, доц. Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ОТРЫВНЫХ ТЕЧЕНИЙ НА ВХОДЕ ВО ВСАСЫВАЮЩИЕ ОТВЕРСТИЯ*

olga_19572004@mail.ru

Описываются разработанные экспериментальные установки и методика проведения натурного эксперимента по исследованию отрывных и вихревых течений на входе во всасывающие каналы.

Ключевые слова: отрывные течения, всасывающие каналы, натурный эксперимент, коэффициент местного сопротивления._

Внедрение аспирационных систем важно с экономической и социальной сторон [1]. Их производительность должна быть такой, чтобы эффективно улавливались пылевые выбросы, при этом расходы электроэнергии должны быть минимальны [2-8]. Главным элементом системы аспирации является всасывающее отверстие. При входе в каналы образуется отрывная область течения, которая теоретически изучалась в работах [9-14]. Однако, экспериментальных работ посвященных отрыву потока на входе во всасывающие каналы крайне мало. Поэтому целью работы являлась разработка экспериментальных стендов и методики эксперимента по изучению отрывных и вихревых течений в аспи-рационных системах.

Экспериментальные исследования поля скоростей в непосредственной близости от входного отверстия предлагается выполнять на опытной установке (рис.1), рабочей частью ко-

торой является канал, образованный двумя вертикальными плоскостями 500x500 мм (из оргстекла толщиной 8 мм) и двумя горизонтальными полосами из оцинкованного листового железа (толщиной 0,55мм). Расстояние между плоскостями, как и между полосами, составляет 100мм. Общая длина нижней полосы равна 600 мм (причем на 100 мм входит во внутрь примыкающей камеры статического давления). Верхняя, длинной 100мм, была прикреплена к вертикальной стенке камеры и к вертикальным плоскостям и образовывает выступ канала (с поперечным сечением 100 x100мм). Вертикальные плоскости продолжены во внутрь камеры статического давления на расстояние 100мм (как и нижняя стенка канала). Таким образом, рабочая часть установки была максимально приближена к модели плоских задач течения вблизи вытяжного отверстия.

Рис. 1. Опытная установка для исследования поля скоростей вблизи всасывающей щели:

1 - всасывающее отверстие; 2 - камера статического давления (500 X 500 X 1100 мм);

3 - перегородка; 4 - измерительный коллектор ( 0 =112 мм); 5 - микроманометры ММН-2400; 6 - воздуховод (0 =125

мм); 7 - вертикальные плоскости; 8 - горизонтальная полоса (100 X 600 мм, 8 =0,55 мм); 9 - выступ (козырек, 100 X 100

мм, 8 =0,55 мм); 10 - зонд термоанемометра testo 425 (0 =6/7,5 мм); 11 - вертикальная стенка камеры статического давления; 12 - датчик скорости

Измерения поля скоростей проводили в вертикальной плоскости, проходящей через ось симметрии канала термоанемометром testo-435 (погрешностью ±(0,03 + 0,05u) м/с). Скорость автоматически усреднялась в интервале времени измерений At = 20 ^ 25 сек (при этом в автоматическом режиме осуществлялось около 50 измерений скорости в заданной точке). Определение расхода воздуха, отсасываемого из герметичной камеры статистического давления двумя последовательно соединенными вентиляторами (ВКМ 150 фирмы Вентс и ЕХ-18 4с фирмы Systemair), осуществляется с помощью коллектора и микроманометра ММН-2400. Для исключения деформации потока на входе в коллектор, камера статического давления оснащена перегородкой из фильтровальной ткани.

Характерная скорость определялась из уравнения расхода

q=иЩB = u* ■<£;

где U

средняя скорость в щели; q - удель-

ный расход воздуха, определяемый при измеренном с помощью микроманометра перепаде статических давлений в коллекторе Ар (Па). В нашем случае (при длине щели 0,1м) эти величины определялись по формулам:

Sk

q = ■

2Ap

0,1 ^ (1+ Ck )р

= 0,0507 A— , —

u = 0,507

щ ?

, Р

—— , м/с, Р

с ■ м

(1)

где ^ - площадь замерного сечения коллектора (в нашем случае ^ = 0,1122 • ж / 4 = 0,00985 м2); р — плотность воздуха, кг/м3; ^ = 0,073 —

к.м.с. коллектора.

Точность измеренных продольных составляющих в вертикальных сечениях щели проверялась графическим интегрированием и сопоставлением полученного среднего значения ско-*

рости и* с расчетами по формуле (1). Погрешность не превышала 2-3%.

Для определения коэффициента местного сопротивления была разработана и смонтирована следующая экспериментальная установка (рис.2).

Коэффициент местного сопротивления при входе воздуха в экранированный воздуховод определяется в соответствии с общепринятым соотношением £ = 2АР /(ри2) , представляющим собой отношение разности полных давлений к динамическому (скоростному) давлению.

Опыты проводили на установке (рис.2), измерительная часть которой состоит из микроманометра ММН-2500 и пневмометрической трубки Пито-Прандтля. Измерение давлений проводили в сечении, удаленном на расстоянии 1.5 м от оси входного сечения винипластовой трубы с внутренним диаметром 125 мм и толщиной стенки 1.7 мм. Система экранов (щита на трубе и экрана с круглым отверстием) связаны с помощью стальных шпилек диаметром 4 мм и длиной 400 мм. Для обеспечения перпендикулярности этой системы к оси трубы и ее осевой симметрии щит, моделирующий вертикальную непроницаемую стенку, жестко прикреплен к скользящей по трубе трехгранной правильной призме высотой 100 мм, а шпильки для крепления экрана - к ребрам этой призмы. Щит и экран выполнены из прессованного картона толщиной 4 мм в виде дисков с диаметрами О0 = 128 мм,

Б = 450мм и О0 = 128 мм, Б = 360мм, соответственно в некоторых опытах внутренний диаметр экрана О0 составлял 106.5, 102.5, 90 и 73 мм. Большая часть опытов проводилась при О0 = 128 мм. Для жесткой фиксации и установки экрана на нужном расстоянии г использовали гайки для зажима с двух сторон.

_2_ 1

Рис. 2. Схема экспериментальной установки для определения сопротивления при входе воздуха в экранированное круглое отверстие:

1 - экран с центральным отверстием; 2 - щит; 3 - направляющая трехгранная призма; 4 - труба; 5 - микроманометр с наклонной трубкой; 6 - пневмометрическая трубка Пито-Прандтля; 7 - стальные стержни-шпильки; 8 - гайки для фиксации экрана

В опытах изменялась длина выступающей части трубы d = 0 +100 мм и величина зазора между входным сечением и экраном г = 0 +150 мм. Средняя скорость воздуха в трубе и определялась с помощью измерения скоростного давления по оси трубы и внесения поправочного коэффициента на неравномерность поля скоростей, величина которого была определена измерениями скорости в четырех точках равновеликих колец. Потерями давления на трение о стен-

*

ки трубы от входного до замерного сечения пренебрегали (не только из-за гладкости трубы, но и из-за невозможности корректного учета этих потерь в условиях стабилизации потока при отрывном входе воздуха). Средняя скорость воздуха в трубе составляла 7-9 м/с.

Таким образом, разработаны и смонтированы экспериментальные установки для определения поля скоростей и коэффициента местного сопротивления на входе во всасывающие каналы. Разработана методика проведения натурного эксперимента. Полученные результаты могут быть использованы для исследования математических моделей отрыва потока на достоверность.

*Исследования выполнены при поддержке Совета по грантам Президента РФ (код проекта НШ-588.2012.8).

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Логачев, И.Н. Характеристика пылевых выбросов при перегрузках сыпучих материалов / И.Н. Логачев, К.И. Логачев, О.А. Аверкова // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. -2009. - № 3. - С.63-67.

2. Логачев, К.И. Численное моделирование пылевоздушных течений вблизи вращающегося цилиндра-отсоса / К.И. Логачев, А.И. Пузанок // Известия высших учебных заведений. Строительство. - 2005. - № 9. - С. 63-70.

3. Логачев, К.И. Компьютерное моделирование пылегазовых потоков в пульсирующих аэродинамических полях/ К.И. Логачев, А.И. Пузанок, В.Ю. Зоря // Вычислительные методы и программирование: новые вычислительные технологии. - 2006. - Т. 7. - № 1. - С. 195-201.

4. Логачев, К.И. Численное исследование поведения пылевой аэрозоли в аспирационном укрытии/ К.И. Логачев, И.Н. Логачев, А.И. Пузанок // Известия высших учебных заведений. Строительство. - 2006. - № 5. - С. 65-71.

5. Логачев, И.Н. О прогнозировании дисперсного состава и концентрации грубодисперс-ных аэрозолей в местных отсосах систем аспирации/ И.Н. Логачев, К.И. Логачев // Известия высших учебных заведений. Строительство. -2002. - № 9. - С. 85-90.

6. Логачев, К.И. Закономерности изменения дисперсного состава пылевых аэрозолей в аспи-рационном укрытии/ К.И. Логачев, О.А. Авер-

кова, В.Ю. Зоря // Известия высших учебных заведений. Строительство. - 2007. - № 9. - С. 46-52.

7. Аверкова, О.А. Особенности поведения аэрозольных частиц в аспирационном укрытии стандартной конструкции/ О.А. Аверкова, В.Ю. Зоря, К.И. Логачев // Химическое и нефтегазовое машиностроение. - 2007. - № 11. - С. 34-36.

8. Аверкова, О.А. К вопросу о моделировании пылегазовых потоков в аспирационном укрытии/ О.А. Аверкова, В.Ю. Зоря, И.Н. Логачев, К.И. Логачев // Вычислительные методы и программирование: новые вычислительные технологии. - 2009. - Т. 10. - № 1. - С. 371-376.

9. Логачев, К.И. Расчет течения вблизи круглого всасывающего патрубка/ К.И. Логачев,

B.Н. Посохин// Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. - 2004. - № 1. - С. 29-32.

10. Логачев, К.И. Расчет течений на входе в отсосы-раструбы методом дискретных вихрей/ К.И. Логачев, А.И. Пузанок, ВН. Посохин // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. - 2004. - № 7-8. - С. 61-69.

11. Посохин, В.Н. К расчету течения вблизи щелевидного отсоса-раструба/ В.Н. Посохин, Н.Б. Салимов, К.И. Логачев, А.М. Живов // Известия высших учебных заведений. Строительство. - 2002. - № 10. - С. 81-84.

12. Логачев, И.Н. Моделирование отрывных течений вблизи всасывающей щели/ И.Н. Логачев, К.И. Логачев, В.Ю. Зоря, О.А. Аверко-ва // Вычислительные методы и программирование: новые вычислительные технологии. -2010. - Т. 11. - № 1. - С. 43-52.

13. Логачев, И.Н. Математическое моделирование отрывных течений при входе в экранированный плоский канал/ И.Н. Логачев, К.И. Логачев, О.А. Аверкова // Вычислительные методы и программирование: новые вычислительные технологии. - 2010. - Т. 11. - № 1. - С. 6877.

14. Логачев, И.Н. Математическое моделирование струйного течения воздуха при входе в плоский канал с козырьком и непроницаемым экраном/ И.Н. Логачев, К.И. Логачев, О.А. Аверкова // Вычислительные методы и программирование: новые вычислительные технологии. - 2010. - Т. 11. - № 1. - С. 160-167.

1. Экологические проблемы и ситуации. -

C. 157-162.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.