1. Центробежная форсунка. Структура течения жидкости, кавитационная полость и параметр подобия.
2. Затопленный режим течения в вихревой камере, радиус циркуляционной зоны, Вихрь Рэнкина.
3. Вихревой эффект. Параметры вихревой трубки. Применение.
4. Центробежный барботаж. Размер структурного элемента, скорость дисперсного слоя, сопротивление аппарата.
5. Струйная и Вихревая мельницы. Законы измельчения. Низкоскоростное измельчение, закон измельчения вблизи порога разрушения.
Эта часть курса называется «Введение в физические основы вихревых аппаратов». Будет прочитано 4 лекции. Что такое «вихревые аппараты»? Что такое вихрь, мы знаем из обыденной жизни. Вихри есть в природе: в океане (водовороты, воронки), в атмосфере (циклоны, смерчи, торнадо), в степи (пылевые дьяволы) и дома (в ванне, в стакане, где размешали ложечкой). Вихри бывают большие и маленькие. Циклон можно считать большим, по сравнению с нашим жильем. Вихрь в стакане тоже большой – занимает весь стакан. Малые вихри – это вихри в следе за самолетом, кораблем. Течения, которые мы будем изучать, правильней называть закрученными потоками. Это, как правило, вихрь в размере нашего аппарата, в этом аппарате и создающийся. Мы «приручаем» вихрь и заставляем работать. А стоит ли приручать? О силе закрученных потоков свидетельствуют очевидцы – есть фильмы, фотографии, рассказы. Соломинка протыкает стену дома, корова переносится по воздуху на много метров, девочка Элли со своей собачкой улетает из Канзаса в волшебную страну.
Вращающиеся потоки, закрученные течения – важнейший раздел аэрогидродинамики. Течения сложные, возможности теории отстают от практики, есть необъясненные физические эффекты. Есть большое количество приложений, которые, собственно, и стимулируют изучение и развитие в этой области. Обо всем этом мы будем говорить.
1. М.А. Гольдштик Вихревые процессы и явления . Препринт 21089, Новосибирск.-1989 г.-69 с.
2. М.А. Гольдштик. Вихревые потоки//Н-ск, Наука, 1981.
3. М.А. Гольдштик. Процессы переноса в зернистом слое. Н-ск, Наука, 2005 .–358 c.
Вихрь как понятие – мы обсудили. Вихрь в вихревом аппарате мы стараемся создать как плоский потенциальный вихресток:
Такое течение является решением стационарного уравнения Эйлера:
Во всяком случае, к такой идеальной форме течения мы стремимся. Зачем это надо и каков будет аппарат?
Сделаем простые оценки, позволяющие судить об эффективности вихревого аппарата.
Скорости в вихревой камере обычно средние, не малые, но дозвуковые.
Центробежное ускорение вычисляется по формуле: g1=V2/r. Имеем:
V=100м/с r=0.1м V2/r=105м/с2=105=104g
V=10м/с r=0.1м V2/r=1000=100g
Как видим, силы в аппарате при разумных скоростях велики по сравнению с силой тяжести в гравитационном поле.
Сопротивление наших аппаратов мы сейчас грубо оценим по динамическому напору:
Вода: r=1000, V=100м/с rV2/2=1/2*103* 104=50*(105Па)
Вода: r=1000, V=10м/с rV2/2=1/2*103*102=0,5*(105Па)
Воздух: r=1, V=100м/с rV2/2=1/2*104=5кПа==500 мм вод. ст.
Мы видим, что для создания наших потоков энергозатраты потребуются в разумных пределах. А для создания нужного нам течения используется вихревая камера.
Мы познакомимся с вихревой камерой, которая является базовым элементом всех вихревых аппаратов. Это – рукотворный объект, частного вида устройство, которое оказалось прекрасным инструментом познания природы, даже поставило загадки фундаментальной науке, на которые еще нет ответа. Конечно, основной стимул изучения – это технические приложения: центробежная форсунка, циклон-сепаратор, вихревая трубка, вихревой реактор, скруббер, топка, клапан, гироскоп, свисток…
Согласно определению профессора М.А. Гольдштика, вихревая камера – это «цилиндрический бак, в одном из днищ которого имеется отверстие – диафрагма». Плюс устройство, которое позволяет подавать жидкость (газ) вовнутрь по касательной к боковой поверхности «бака». Этим устройсвом может быть щелевой или лопаточный аппарат (см. рисунок 1).
Рисунок 1.
n – число щелей; b – ширина щели; h – высота камеры, щели; R – радиус камеры;
а – радиус диафрагмы;
Безразмерные параметры: h – живое сечение, отношение общей площади входа к площади боковой поверхности камеры; h/a – относительная высота; a/R – пережим; и, наконец их комбинация,
– т.н. геометрический параметр
центробежной форсунки
Вихревая камера, нарисованная выше, – прямо используется как центробежная форсунка для распыливания жидкостей (топлив). Нас сейчас интересует не распыливание как таковое, а течение в самой форсунке и его расчет. Сегодня это уже «классическая» задача, имеющая занимательную и поучительную историю.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.