Введение
Изучение основ физики жидкости и газа играет важную роль в получении необходимых навыков для решения сложных научных и технических задач, для которых требуется построение физических моделей разнообразных гидрогазодинамических систем.
Объектом изучения являются трубопроводы и участки трубопроводов по которым движется газ и жидкость, а так-же сопло Ловаля.
Цель работы — формирование систематизированных знаний в области явлений, связанных с закономерностями движения газа при его течении по каналам. Полученные в ходе решения навыки, подготовят будущего специалиста к дальнейшей научной и учебной деятельности.
В данном курсовом проекте строятся задачи которые заключаются в расчете разветвленного и короткого трубопроводов, сопла Лаваля. По результатам расчетов определяются необходимые параметры для нормального функционирования этих систем. По этим параметрам выбирается оптимальный режим работы системы.
Численное решение получено методом установления с использованием уравнений неразрывности потока, Менделеева-Клайперона.
Сопло лаваля своими руками
Качественная поверхностная очистка металлических поверхностей концентрированной струёй песка невозможна, если неверно определены параметры сопла – выходной части устройства.
Сопло для пескоструйного аппарата – самая быстроизнашивающийся его деталь, долговечность которой, в зависимости от материала и расхода воздушно-песчаной смеси, не превышает 800…1000 часов, если учесть что оно правильно подобрано.
О выборе, сегодня, и пойдёт речь в нашей статье.
Конструкция типового сопла
Простейшее сопло для пескоструйного аппарата представляет собой полую трубку с резьбовой частью на одном из концов, которая предназначена для присоединения детали к соплодержателю.
Основные геометрические характеристики сменных сопел промышленного производства:
- Диаметр присоединительной резьбы (зависит от технической характеристики пескоструйного аппарата, но обычно используется трубная цилиндрическая резьба 2” или 1¼”). Возможен также вариант соединения сопла с соплодержателем при помощи накидной гайки и герметизирующей шайбы. Сопла, изготовленные своими руками, присоединяют к шлангу рабочей установки при помощи обычных хомутов.
- Длина детали, которая варьируется в диапазоне 7…23 мм (более короткие используются для очистки менее загрязнённых поверхностей).
- Диаметр внутреннего отверстия в его минимальном поперечном сечении. Выпускаются сменные наконечники с диаметрами 6, 8, 10 и 12 мм.
- Заходный диаметр сопла, определяемый диаметром присоединительного шланга (он может быть 25 или 32 мм).
Главным параметром рассматриваемой детали является профиль внутреннего отверстия, который определяет потери расхода воздушно-песчаной смеси, скорость её на входе и выходе из сопла, а также величину суммарного гидравлического сопротивления, которое в итоге и определяет долговечность сопла.
Наиболее простым вариантом (пригодным для изготовления своими руками) является сопло с цилиндрическим внутренним отверстием постоянного диаметра. Но для улучшения аэродинамических характеристик на таких деталях иногда изготавливают два конических участка:
- Входной конфузор, наличие которого позволяет увеличить энергию потока смеси, входящей в сопло;
- Выходной диффузор, наличие которого способствует увеличению площади поверхности, обрабатывающейся одновременно. Энергия потока при этом падает, поэтому при необходимости более качественной очистки, диффузорный профиль окончания сопла предусматривают не всегда.
Наиболее эффективным профилем внутреннего отверстия для обеспечения минимальных потерь потока является сопло для пескоструйного аппарата с профилем Вентури.
В этом случае отверстие состоит из трёх взаимосвязанных участков, каждый из которых выполняет определённые функции:
- На входе сопла с профилем Вентури имеется конфузорное расширение, угол которого, однако, меньше, чем у конфузора обычного сопла (не более 20…22º). Конфузорная часть занимает до 30% от общей длины детали.
- Цилиндрическая часть, длиной не более 15%.
- Диффузорная часть с достаточно малым углом расширения (7…15º), длина которого определяется размером самого сопла в плане.
С целью снижения гидродинамического сопротивления рабочей смеси, которая движется в канале сопла, все переходы от одной части к следующей выполняются с радиусными закруглениями, величина которых принимается в пределах r = (0,02…0,03) d, где d — диаметр средней, цилиндрической части сопла.
Как выбирать сопло для пескоструйного аппарата?
Сопло с профилем Вентури позволяет увеличить скорость перемещения песчано-воздушной смеси в 2,5…3 раза по сравнению с соплами иной конфигурации внутреннего отверстия.
Современное сопло для пескоструйного аппарата с профилем Вентури способно обеспечить движение частиц на выходе до 700…720 км/ч.
При этом производительность очистки при тех же расходах смеси и давлениях увеличивается примерно в 2 раза.
Ориентировочно выбор параметров сопла можно производить по следующим критериям:
- По производительности. При требуемой производительности установки до 10…12 м3/ч внутренний диаметр сопла не превышает 8 мм, при 12…22 м3/ч – 10 мм, при более высоких значениях производительности диаметр внутреннего канала должен быть 12 мм;
- По наибольшему давлению воздуха. Если оно не превышает 5 ат, то диаметр канала может приниматься 6…8 мм, при давлениях до 7 ат – 8…10 мм, при более высоких давлениях – 12 мм;
- В зависимости от удельного расхода абразива. Если данный параметр не превышает 200…250 кг/ч, то пригодно сопло диаметром 6 мм, при 350…400 кг/ч – 8 мм, при 600…900 кг/ч — 10 мм, в остальных случаях – 12 мм.
Данные рекомендации касаются сопел с цилиндрическими внутренними отверстиями.
Для пересчёта приведённых данных на сопло для пескоструйного аппарата с профилем Вентури данные по производительности обработки следует увеличить на 35…50%, по расходу – на 60…75%, а по давлению – на 15…20%.
Важным элементом выбора считают материал сопла.
Обычные высокоуглеродистые стали с повышенной абразивной стойкостью (например, стали типа 75 или 65Г) для этих целей подходят мало, поскольку при состоянии закалки на максимальную твёрдость отличаются повышенной чувствительностью к ударным нагрузкам, которые неизбежно возникают в начальный момент подачи в сопло абразивной смеси.
Ещё меньшую стойкость имеют керамические композиции.
Например, при изготовлении сопла своими руками часто используют в качестве исходной заготовки отработанную свечу от автомобильного двигателя, удаляя из неё металлический корпус.
При этом не учитывают, что керамика в конструкции свечи рассчитана на работу с газовым потоком, в котором отсутствуют твёрдые абразивные частицы.
Поэтому стойкость таких керамических сопел, изготовленных своими руками, не превышает нескольких часов.
Более работоспособным является вариант с твердосплавными соплами, которые изготавливаются из карбида вольфрама.
Поверхностная твёрдость таких изделий достигает 85…90 HRA, при поверхностной прочности по изгибу до 1400…1600 МПа.
Недостаток таких решений – высокая чувствительность карбидов вольфрама к температуре.
При повышении температуры до 80…100ºС (что вполне вероятно при длительной пескоструйной обработке) на поверхности сопла могут появиться температурные трещины. Стойкость сопел из твёрдых сплавов достигает 750…800 ч.
Наилучший вариант – изготовить сопло из карбида бора.
При примерно такой же твёрдости и прочности, карбиды бора выгодно отличаются своей высокой устойчивостью от температурных перепадов, поэтому сохраняют свою работоспособность при температурах 600…750ºС.
Небезынтересно сравнить и цены на сопла пескоструйных установок.
Промышленные изделия из карбида бора в зависимости от длины, профиля и диаметра внутреннего отверстия можно приобрести за 1200…1600 руб., а твердосплавные сопла – за 2500…7000 руб.
Кавитационный теплогенератор: обзор моделей и изготовление своими руками
Разнообразные способы экономии энергии или получения дарового электричества сохраняют свою популярность.
Благодаря развитию Интернета информация о всевозможных «чудо-изобретениях» становится все доступнее.
Одна конструкция, потеряв популярность, сменяется другой.
Сегодня мы рассмотрим так называемый вихревой кавитационный генератор — устройство, изобретатели которого обещают нам высокоэффективный обогрев помещения, в котором оно установлено.
Что это такое? Данное устройство использует эффект нагрева жидкости при кавитации — специфическом эффекте образования микропузырьков пара в зонах локального снижения давления в жидкости, происходящем либо при вращении крыльчатки насоса, либо при воздействии на жидкость звуковых колебаний. Если Вам когда-либо доводилось пользоваться ультразвуковой ванной, то Вы могли заметить, как ее содержимое ощутимо нагревается.
Реальность использования кавитации для нагревания
В Интернете распространены статьи о вихревых генераторах роторного типа, принцип действия которых состоит в создании областей кавитации при вращении в жидкости крыльчатки специфической формы. Жизнеспособно ли данное решение?
Начнем с теоретических выкладок.
В данном случае мы расходуем электроэнергию на работу электродвигателя (средний КПД — 88%), полученную механическую энергию же частично тратим на трение в уплотнениях кавитационного насоса, частично — на нагрев жидкости вследствие кавитации.
То есть в любом случае в тепло будет преобразована лишь часть потраченной электроэнергии.
Но если вспомнить, что КПД обычного ТЭНа составляет от 95 до 97 процентов, становится понятным, что чуда не будет: гораздо более дорогой и сложный вихревой насос окажется менее эффективен, чем простая нихромовая спираль.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
- Гриценко, М. В. Гидрогазодинамика. Часть 1. Учебное пособие / М. В. Гриценко, Н. Н. Храмцова, А. В. Гриценко. — Благовещенск: Амурский гос. ун-т, 2008. — 75 с.
- Ковальногов,Н. Н. Основы механики жидкости и газа / Н. Н. Ковальногов. — Ульяновск: УлГТУ, 2002,-110 с.
- Краснов Н.Ф. Аэродинамика в вопросах и задачах М. Высшая школа 1985г.759c.
- Лапшев, Н. Н. Гидравлика: Учебник / Н. Н. Лапшев. — М.: Издательский , 2007. — 272 с.
- Часс, С. И. Гидромеханика в примерах и задачах: Учебное пособие / С. И. Часс. — Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2006. — 216 с.
Сопло Лаваля
- Типичное сопло Лаваля показано на рисунке. 17. 5. Характер движения в насадке зависит от того, хотите ли вы достичь скорости звука или скорости питомца. Дозвуковой поток. P3 равно p0 (индекс показан на рисунке 17. 5), сопло не имеет никакого движения. если pa немного меньше p0, то поток в сопле качественно аналогичен тому, который уже изучался в разрезе 6 вниз по течению Вентури. Давление падает и скорость падает 1 в оригинале используется термин sopuegvtd — ^ wgddt t1O2r1e. In в этом переводе был введен термин «сопло Лаваля», который является общепринятым. (Прим, перев.) Сопло Лаваль. Здесь скорость есть. Тогда его максимум Уравнение 17.
До предела I, затем давление начинает увеличиваться, а скорость уменьшается, пока не достигнет выходного сечения 3\, и давление p8 и p4 равны equal. In узкие участки, все точки измерения имеют экстремумы. Это и BC6 эквивалентно нулю. Поэтому он заполняется (17.1), а также всей насадкой. Сверхзвуковой поток. Снижение давления Р3 увеличивает максимальную скорость, которая достигается в узкой части сопла. Значение, которое может быть достигнуто, равно скорости звука при температуре газа в камере. Isthmus. To влияние на состояние точки, в которой изменение давления на выходе находится выше по потоку, возмущение давления Вам нужно отправить его в восходящий поток.
Изменения давления распространяются влево со скоростью звука, поэтому, если правая скорость газа достигает скорости звука в какой-то момент, дальнейшее продвижение волны давления останавливается. При дозвуковом истечении достигается максимальный рост звука, так как скорость сужения 1 сопла больше, чем в любой другой точке.
Когда давление на выходе падает Давление падает ниже этого уровня ^ chesh, от от Чили для » связи C03 SK ° Р°8 STI критический звук, никакое давление не передается в этом разделе. И» путь » >условие между разделом 0 и I остается без давления LeGK°(1 /.17), а значение P / равно C или〜 Гора’ Расчет (17. Двадцать два） cheskoeDsechenleGP (АП ^ OaCher?* IX) всего Чищв Фити — » как иереводится° Что касается газа, то, как правило, незначительно превышает 0,5.Обратите внимание, что максимальная скорость (и/ = Ce) критической секции меньше скорости звука во входном условии (Co).Формула (17. И), (17.12) и 17.
Можно получить следующую формулу: Если давление p3 падает ниже значения, достигающего скорости звука в критическом сечении、 17.6.Скорость, плотность и площадь поперечного сечения сопла Лаваля в зависимости от давления. 17. 7.Распределение давления в потоке в сопле Лаваля. Поперечное сечение сопла устанавливает скачок, то есть внезапное изменение давления. Скачок сопла подробно описан в следующем разделе. Однако правильно рассчитанное сопло при скорости звука в критическом сечении имеет единственное значение, которое не вызывает jump.
В этом случае поток из секции 0 в секцию 3 является изоэнтропийным, а скорость потока в сопле после секции I-превышает скорость звука. Далее, для всех секций сопла формула(17. 17), (17.19), (17.20), и (17. 21) действует. В отличие от скорости тока、 Плотность и давление не достигают экстремальных значений в критическом сечении сопла.17. 6 показывает изменения в них variables. As площадь поперечного сечения уменьшается в сходящейся (сходящейся) части сопла, увеличивается скорость и звук в критической section. In расходящаяся часть сопла, скорость продолжает увеличиваться, а давление уменьшается. Рисунок из 17.
Для некоторого P6 между p c и 0 существует только значение A3 (то есть 1 сопло), и поток без скачков возможен. независимо от того, что k4k является большим, существует конечный предел скорости. Его величина определяется по формуле (17. 17) можно найти, подставив p = 0. На рисунке показан характер изменения давления вдоль сопла. 17. 7.Если rz достаточно велик, чтобы скорость звука не достигала нигде на сопле, вы получаете кривую, которая достигает paa.
Скачок образуется за критическим сечением сопла, когда скорость звука достигается в P, c критического сечения и немного медленнее, чем ccb, но не равна. с достижением пбд поток становится сверхзвуковым на всей расходящейся части сопла Как следует из графика на рисунке 17. 6 и 17. 7, сокращая сопло так, что 33 будет уменьшено, pzb увеличат.
Если вы укоротили сопло так, что осталась только сходящаяся часть сопла, pb-pcc = p, c; если в сопле нет расширяющейся части, она не может превышать скорость звука. Вот еще один способ показать, что вам нужно достичь скорости звука, как только вы получите p3 pcc в критическом разделе. Формула.(А если нет скачка на сопле, то по следующей формуле (17. 17) всегда заполняется. для p3 > Rzs скорость звука не достигается, и, как мы видели, следующая форма уравнения баланса масс ИК Ил б / р 4-РЛ = 0(17.24） Удовлетворен критической секцией, здесь&a = 0 И ai также равен нулю. Однако, для Р3 rzc, разность потенциалов не равна нулю, и поэтому в критической секции, формула 17.
Представляет собой формулу (17. 5) воля be. As уже указано, что уравнение(17. 5) и (17. 6) есть и другие доказательства того, что эта скорость в p3 p, c должна быть достигнута в критическом сечении, так как совместное решение дает формулу скорости звука. Плинтус сопла Давайте еще раз вернемся к фигуре. 17. 5 и 17. 7, и рассмотрим, что произойдет, если p4 меньше p3, но не равно p3.
- Если p4 меньше mr, давление в сопле следует кривой, ведущей к pb, то сразу после сопла поток быстро расширяется, образуя систему осевых ударных волн (скачков), показанную на рисунке 5. 17.8 A. Если размах значительно больше rz, выходящего из сопла, то в потоке образуется система ударных волн и происходит сжатие при расширении сопла°Dal » 4, входящем в 3 из 3 рассмотренных случаев. Анализ.
Обычно, чем немного ниже РЗС, тем больше он, прыжок будет полностью двигаться в сопле, превращаясь в один прямой прыжок. Эти 4 случая показаны на рисунке. 17.8. Последнее дело сейчас Мы рассмотрели его более подробно. Давление перед прыжком показано на рисунке. Рис.17. 8а 17. 5 и 17. 7 P2 после прыжка через давление. Толщина ударной волны в воздухе составляет порядка 1 0 4f. так как толщина удара очень мала, то можно принять A2 — =и описать уравнение сохранения массы в следующем виде: «121v8M12″=«, 1 — (17.25） Поскольку существуют конечные скачки u, p, p, это уравнение не может быть описано в дифференциальной форме.
Уравнение энергетического баланса^также должно быть записано в целочисленной форме. И2-И2 (17.26） Рис. 17.8.Скачкообразная картина, сопровождающая сверхзвуковой поток в сопле. a-p4 немного меньше, чем p8& b-p4 немного больше, чем 8& c-p4 немного выше, чем пункт B. p4 (прямой прыжок) чуть ниже r-rzs. Мамин процесс. Однако импульс импульса (5. 6). Оказывается. Это Уравнение Форма газа в прыжке Или для идеального газа ^ 1 =Вода (7 ′ 1-T2)-(17.27） Как и в случае внешнего сопла удара, поток удара не является обратимым. Следовательно, баланс механической энергии (4. 20) или (17. 3) не применимо.
Уравнение сохранения для 1-мерного потока, потому что интегральный путь бесполезного неизвестен Ж(и2-и1)=Вх-Рхр—Гха. (17. 28) стенка сопла не входит в управляющий объем, поэтому усилие Нх будет равно нулю. Мощность PxL может быть установлена на ноль. Это связано с тем, что длина управляющего объема коротка, поэтому силой трения о стенки можно пренебречь. Результирующая сила давления равна Al (p, — пЛ и и7 = 、 «121 („2 -“ х)= — Р2. (17. 29.） Уравнение 17.
Используя соответствующую термодинамическую формулу идеального газа, можно получить следующее простое соотношение для связи скоростей обеих сторон ударной волны(вывод этого уравнения связан с длительными и сложными расчетами） ）： „1“ 2 = C?。 (17.30） Скорость превышает скорость звука, а скорость and2, как вы можете видеть, медленнее скорости звука. Этот факт уже используется при построении фигуры. 17. 7 графиков, заканчивающихся давлением rzL. Давление в расширительной части сопла увеличивается с дозвуковым истечением и уменьшается со сверхзвуковым истечением. (17. 30) вместо выполнения алгебраических вычислений, приводящих к уравнению (17. 26) и 17.
Показана иллюстрация совместного решения. (17. 25), исключают скорость из этих уравнений и (17.26). И от (17.29) и ’ 2 Два Мне 21а） Х- (17. Тридцать одна） / 1 1 \ 2 и ее-П1-п- (Индекс 2 этих уравнений опущен.） Чтобы использовать эти уравнения, укажите, при каком давлении или скорости это происходит до прыжка.
Если P1 известен, то это u1> e1, и последующие журналы вычисляются с использованием уже рассмотренной доли потока изэнтропии между секциями 0 и 1.Поэтому мое решение Mo ^ p°определяет точки На рисунке I-8 (рисунок 17 рисунок 61 рисунок) ’ TaK tq0 количество w> $ 1 и A также известны. В этом случае выберите непрерывное значение o и вычислите соответствующее значение r из точки выравнивания. Называется lInLP0Ka3aNpUYu, а Faino — это » 17 ″ 9 кривая риса называется. Аналогично, вы можете использовать набор задач Vvenem (1-7 ’32) ’для вычисления и p, который определяет кривую, называемую линией.
Тридцать два. Поскольку вы знаете прыжок 1 ″ p 1>, Вы можете: в соотношении ударная волна Рэлея, уравнение (17. 31) и (17. 32) должны быть удовлетворены в то же время, значения p2, p2 и все соответствующие переменные находятся на 2-м пересечении. Линия, показанная на рисунке 17. 9.Расположение кривых, конечно, изменилось или ру Состояние газа в других частях сопла представлено линией, показанной на рисунке 1. 17. 9.Изменение давления от входа 17. 9.График линии Рэлея с линией ФАНО. И _ _ _ _ линия Фанно; Б-линия Рэлея.
Газовое состояние других частей сопла величина p0 представлена отрезком, который при ударе опускается перпендикулярно к Пу через ри, а давление резко возрастает до p2, изменяясь вдоль вертикальной линии постоянной энтропии от Pch к Pz. Обратите внимание, что энтропия увеличивается между точками 1 и 2.Таким образом, скачок разрежения из состояния 2 в состояние 1 невозможен, поскольку адиабатический процесс не может уменьшить энтропию. Всегда существует вероятность того, что возмущение потока вызывает скачок от сверхзвукового к дозвуковому.
Обратного произойти не может. Другие случаи показаны на рисунке. 17. 7, также возможно следовать диаграммой. 17. 9.In в случае дозвукового течения, когда p3 уменьшается до Rzs, кривая спускается вертикально вниз до p1a, затем вдоль того же сегмента и до pm. Кривые имеют одинаковую форму, и самое низкое давление равно p c.
Смотрите также:
- Решение задач по теплотехнике
