CC BY
85
124
Общетехнические и социальные проблемы
УДК 621.63 К. В. Лесохин
ВЛИЯНИЕ МАСШТАБНОГО ФАКТОРА НА ХАРАКТЕРИСТИКУ ДИАМЕТРАЛЬНОГО ВЕНТИЛЯТОРА
При наличии полного геометрического подобия разномасштабных вентиляторов в их проточной части соблюдалось бы и полное кинематическое подобие. Однако чем меньше масштаб вентилятора, тем труднее добиться геометрического подобия во всех деталях: в торцевых поверхностях, величине и конфигурации зазоров, шероховатости поверхностей. Это приводит к увеличению потерь на трение, потерь на торцах, протечек через зазоры вдоль языка и точки разделения на корпусе.
диаметральный вентилятор, масштабный фактор.
Введение
Диаметральные вентиляторы широко применяются как непосредственно для перемещения газов через воздуховоды, так и в составе современных воздушных завес.
1 Влияние масштабного фактора и числа Рейнольдса
На базе НПО Тепломаш проводились экспериментальные исследования диаметральных вентиляторов для определения влияния масштабного фактора на характеристику диаметрального вентилятора. Испытана модель 3А-М, геометрически подобная вентилятору ЦАГИ D17-42 [1] и имеющая рабочее колесо с диаметром = 110 мм (почти в 3 раза меньше, чем у ЦАГИ). Частота вращения в модели 3А-М была 1200 ... 1400 об/мин против 800 об/мин у вентилятора D17-42.
Соответственно число Рейнольдса модели составляло ReD @ 5,5 • 104
против 2,5-105 у вентилятора ЦАГИ. Характеристика 3А-М1 представлена на рисунке. Для сравнения на тот же рисунок перенесена характеристика вентилятора D17-42 и предполагаемая область характеристик вентиляторов с колесами малых диаметров. Как видно, характеристика модели 3А-М1 лежит на верхнем краю этой области и составляет 83% от Фцаги при ф =1. При работе модели имел место несильный высокочастотный шум (субъективное восприятие).
Имея в виду различного рода устройства языков с проницаемыми элементами, допускающими рециркуляцию потока в окрестности языка и снижающими уровень шума, была испытана модель 3А-М3, ана-
2006/4
Proceedings of Petersburg Transport University
Общетехнические и социальные проблемы
125
логичная модели 3А-М1, с заменой сплошного языка двойной мелкой сеткой. Ширина проницаемой полосы была 30 мм, зазор между колесом и сетчатой частью языка около 5 мм.
Рециркуляция потока из полости нагнетания в полость всасывания че -рез проницаемый язык резко ухудшила характеристику вентилятора (см. рисунок). При этом шум уменьшился незначительно.
В соответствии с результатами работы [1] было проверено влияние вихревой камеры в полости всасывания (модель 3А-М2 по таблице). Установка вихревой камеры и вариация ее размеров (до 70%) не оказали заметного влияния ни на аэродинамическую, ни на шумовую характеристику модели.
Результаты испытания моделей 3А-М:
1 - характеристика вентилятора D17-42 [1 ]; 2 - предполагаемое поле характеристик малогабаритных вентиляторов; - ЗА-MI; О - ЗА-МЗ; ® - ЗА-М4 (45°); е - 3А-М4 (перфорированная решетка на входе); j - коэффициент расхода;
у - коэффициент полного давления
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС
2006/4
126
Общетехнические и социальные проблемы
На той же модели 3А-М1 было исследовано влияние конфигурации входа потока в вентилятор: модель 3А-М4 имела в одном случае экран, установленный к плоскости языка под углом 45о, в другом случае - ограниченную всасывающую камеру с окном из перфорированного листа. (Для модели 3А-М4 были сняты лишь точки на максимальном расходе. Обе точки лежат ниже аэродинамической характеристики модели 3 А-М1.)
Из данной серии испытаний следует вывод: рекомендации оптимальных диапазонов геометрических параметров, сделанные по результатам испытаний вентиляторов с относительно крупными колесами, в общем случае не распространяются на вентиляторы с колесами малых диаметров. Помимо уменьшения числа Рейнольдса и выхода за пределы области автомодельности по Рейнольдсу, существенное влияние приобретает фактор отклонения от геометрического и кинематического подобия, связанный с масштабным фактором. Особенности влияния масштабного фактора применительно к диаметральным вентиляторам компактных завес рассмотрены далее.
ТАБЛИЦА. Геометрические параметры исследованных моделей
Обозначение модели Геометрические параметры
Dk Lk ’ мм Ь Dk B Dk (язык) Ь с Dk (со- пло) 5 Р Dk ^дифф Dk Примечания
3А-М1 110 380 0,4 0,62 0,56 0,027 1,9 Язык прямой сплошной
3А-М2 110 380 0,4 0,62 0,56 0,027 1,9 Язык прямой (вихревая камера)
3А-М3 110 380 0,4 0,62 0,56 0,027 1,9 Язык прямой перфорированный
3А-М4 110 380 0,4 0,62 0,56 0,027 1,9 Язык прямой (камера всасывания ограничена)
В таблице:
Dk - диаметр рабочего колеса, мм;
Lk - длина колеса, мм;
B - раскрытие корпуса вентилятора, мм; Ьс - ширина сопла, мм;
5 - зазор между языком и колесом, мм; /дифф - длина соплового аппарата.
2006/4
Proceedings of Petersburg Transport University
Общетехнические и социальные проблемы
127
2 Существо масштабного эффекта
Пусть имеются два геометрически подобных вентилятора с колесами диаметра Di и D2, причем Di / D2 = a > 1. Будем рассматривать работу вентиляторов при одинаковых числах Рейнольдса Rei = Re2 , откуда Ui • Di = U2 • D2, или ni • Di2 = П2 • Dj. Это означает, что частоты вращения вентиляторов соотносятся как
n„
n,
V D2 0
2
= a .
Поскольку коэффициент расхода
V V i
j -=------»-------,
D • L • u L Re
то при ф! = ф2 можно считать равными производительности вентиляторов на единицу длины колеса:
vl = v_.
Li L2
Коэффициент полного давления можно представить в виде:
У
2 • P 2 • P = 2 =
p-u2 Р- r p- D • u ^ V 60 0 2 Р- V 60 0
P
n • (n • Dx
откуда
У 2
_i • P2
a2 P
У - м
При наличии полного геометрического подобия разномасштабных вентиляторов и при условии Re = idem в их проточной части соблюдалось бы и полное кинематическое подобие. Из этого следовало бы, что
2
= a2 и у2= у.
P2 f U2 >
Pi V ui 0
Однако чем меньше масштаб вентилятора, тем труднее добиться геометрического подобия во всех деталях: в торцевых поверхностях, величине и конфигурации зазоров, шероховатости поверхностей. Это приводит к
ISSN i8i5-588 X. Известия ПГУПС
2006/4
128
Общетехнические и социальные проблемы
увеличению потерь на трение, увеличению потерь на торцах, протечек через зазоры вдоль языка и точки разделения на корпусе. К этому добавляется многократно большая длина вентилятора в завесе в сравнении с моделями ЦАГИ:
f L1
V D 0 ЦАГИ
= 0,3...1 <
f L1
V D 0 Тепломаш
= 4...8.
Данное обстоятельство способствует активному развитию трехмерных эффектов как внутри колеса, так и в нагнетательном патрубке. А это влечет за собой дополнительные потери. Таким образом,
У < Уь П2 < П1.
В рамках настоящей работы более подробное исследование масштабного эффекта не проводилось.
Заключение
Из данной серии испытаний следует вывод: рекомендации оптимальных диапазонов геометрических параметров, сделанные по результатам испытаний вентиляторов с относительно крупными колесами, в общем случае не распространяются на вентиляторы с колесами малых диаметров.
Библиографический список
1. Коровкин А. Г. Параметрические исследования диаметрального вентилятора с высоким КПД / А. Г. Коровкин, А. Н. Фиофилактов // Промышленная аэродинамика: тр. ЦАГИ. - Вып. 4 (36). - 1991. - С. 308-326.
2. Соломахова Т. С. Центробежные вентиляторы : справочник / Т. С. Соломахова, К. В. Чебышева. - М.: Машиностроение, 1980. - 176 с.
УДК 661.185 Е. А. Попова
ПОЛУЧЕНИЕ ПЕНОБЕТОНА С УЛУЧШЕННЫМИ ФИЗИКОМЕХАНИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ
Резкое удорожание энерго- и теплоносителей вызвало кризис строительного производства. Одним из путей выхода из него является разработка и внедрение новых эффективных технологий производства строительных материалов, изделий и
2006/4
Proceedings of Petersburg Transport University
