CC BY
27
Кавитационный режим работы
пеногенератора проточного типа системы подслойного тушения резервуаров нефтепродуктов
В. А. Кузьмицкий, д-р физ.-мат. наук, В. В. Пармон, канд. техн. наук, доцент, Л. С. Ляшенко, канд. физ.-мат. наук,
Р. Р. Асилбейли ГУО «Командно-инженерный институт» Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь,
Республика Беларусь, г. Минск
При разработке кавитационных высоконапорных пеногенераторов, работающих в гидравлических системах при высоких статических противодавлениях, необходимо наряду с заданными гидродинамическими параметрами течения рабочей жидкости в системе находить оптимальные геометрические характеристики кавитатора, определяющие возникновение и развитие в нем кавитационного режима [1].
Основными характеристиками, определяющими работу высоконапорных пеногенераторов, служат следующие параметры: расход жидкости - Q; давление на входе в пеногенератор - Р1; противодавление на выходе из пеногенератора - Р2; угол конусности конфузора - ак; угол конусности диффузора - ад; площадь узкого сечения пеногенератора - Sc; площадь входного и выходного сечения, регламентируемая диаметром подводящей и отводящей гидромагистралей системы - S. Зная эти параметры, можно решить вопрос о наличии и степени развития кавитации. Как известно, кавитация будет иметь место, если выполняется следующее неравенство а<ак.
Оптимальными параметрами будут такие, которые обеспечивают возникновение кавитации в высоконапорном пеногенераторе при минимальных потерях давления, т. е.
а < ак или ^ = ра2, (1)
где в - параметр, зависящий от противодавления (в = 1 -Р2/Р\); ок - критическое число кавитации (ок = Р1/(ри/2)).
Для нахождения искомых критических чисел кавитации используется уравнение (2).
ак = 4,54уЩ/т^0,4, (2)
где n=S/Sc; т = ак/ад.
Откуда получаем:
ак = 4,54/ т х п2'5^0,4. (3)
Коэффициент гидродинамического сопротивления в момент возникновения кавитации принимался равным коэффициенту сопротивления в квадратичной области £=£кв, который определялся как сумма коэффициентов гидродинамического сопротивления конфузора и диффузора [2, 3].
^ = Копф (l/n2 )(l - Ve)2 + sin а, (l - 1/n )2, (4)
где Копф - эмпирический коэффициент [5];
s = 0,57 + 0,043/(1,1 - n).
Ставится задача отыскания таких значений n и ад при заданных параметрах течения жидкости Q, Pj, P2 геометрических характеристик, зависящих от параметров гидросистемы ak и S чтобы можно было гарантировать возникновение кавитации в высоконапорном пеногенераторе.
Предлагается численное решение данной задачи. В силу уравнения (1) для выполнения неравенства нам достаточно так определить n и ад,
чтобы
^кв = Кс . (5)
Анализ формул (3) и (4) показывает, что существует такая функция ад = f(n), 0<n<1, что при любом nе (0,1) и ад = f(n) равенство (5) будет выполнено. Подставляя в формулы (3) и (4) при каждом n вместо ад значение f (n), мы можем построить график ак = qn.
Вычисления производятся по следующей схеме. Фиксируется значение угла конфузора ак (ак = 10°, 20°, 25°, 40°). Затем для каждого из значений в = 0,1, 0,2, ..., 0,7 организуется цикл по n, которое изменяется от 0,01 до 0,9 с шагом 0,01. Каждый шаг этого цикла включает в себя нахождение методом половинного деления ад как корня уравнения (5) с точностью до 2-8 градусов (если на отрезке от 1° до 20° корня нет, то полагается ад = 20°) и вычисление соответствующего значения ok. После этого строятся графики зависимости lgok от n. Используя полученные зависимости, расчет оптимальных параметров производится следующим образам. Для заданных параметров Q, P¡, P2, в вычисляем ok и lgok. По построенным графикам определяем n, которое соответствует значению ok = о.
Тогда в силу уравнений (3) и (5):
2,5г>0,4 1,4 /„ сЛ (г\
ад =aKn P^k /4>54. (6)
Найденные параметры n и ад высоконапорного пеногенератора обеспечивают возникновение в нем кавитации при минимально возможных потерях давления.
При необходимости получения в пеногенераторе более развитого ка-витационного режима задаем критическим числом кавитации ok'>ok и по построенным графикам и формуле (6) определяем необходимые геометрические размеры высоконапорного пеногенератора. Критический параметр
кавитации для пеногенератора с новыми геометрическими размерами можно определить по формуле (7).
К^ = 1 Ч'К , (7)
где il - коэффициент гидродинамического сопротивления при найденных размерах высоконапорного пеногенератора по формуле (4).
Степень развития кавитации определяется сравнением критического параметра кавитации и параметра кавитации K, определяемого по уравнению (8).
(l'"/ О,,« = ^ - kp )• (8)
Данная методика расчета оптимальных параметров кавитационных эжекторов-смесителей работающих в кавитационном режиме, позволяет при наличии основных характеристик высоконапорного пеногенератора решить вопрос о наличии и степени развития кавитации.
Библиографический список
1. Сточек Н. П., Шапиро А. С. Гидравлика жидкостных ракетных двигателей - М.: Машиностроение. 1983, 128 с.
2. Альтшуль А. Д. Примеры расчетов по гидравлике. - М.: Стройиз-дат, 1976. - 255 с.
3. Рабинович Е. З. Гидравлика. - М.: Недра, 1980. - 278 с.
