Расчет основных аэродинамических характеристик

Безразмерная площадь входа [17]

, (36)

Безразмерный средний радиус входа потока

, (37)

Безразмерный радиус ядра потока в общем случае является функцией , , , и определяется по обобщенным эмпирическим уравнениям [4]:

при 0,04 ≤ ≤ 1,6

; (38)

при > 1,6

(39)

Относительная площадь выхода потока

, (40)

Соотношение площадей входа и выхода потока

. (41)

Безразмерный радиус , характеризующий положение максимума вращательной скорости, определяется в основном безразмерными величинами площадей входа и выхода потока, шероховатости боковой поверхности. Для расчета можно воспользоваться следующими соотношениями:

при 0,03 ≤ / ≤ 0,28

, (42)

при 0,28 ≤ / ≤ 5

. (43)

В формулах (42) и (43) . Здесь - коэффициент, учитывающий влияние относительной шероховатости и определяемый по уравнению [2, 3]

Безразмерный радиус осесимметричного ядра потока

. (45)

Коэффициент крутки в ядре потока, связывающий значения вращательной скорости на внешней и внутренней границах квазипотенциальной зоны течения потока, однозначно определяется радиусом и может быть найден аналитически. Зависимость = ( ), как показывает анализ решения и обобщение опытных данных ряда исследований [12], хорошо описывается сравнительно простым выражением

. (46)

Безразмерная вращательная скорость на границе ядра потока может быть определена через величину = - безразмерного момента количества движения. Последний, как показывает обработка большого количества экспериментальных данных [3], зависит лишь от одной геометрической характеристики - эффективной относительной площади входа

. (47)

Как следует из уравнения (47), представляет собой отношение суммарной площади входа к условной площади пристеночной зоны, радиальная протяженность (ширина) которой ограничена радиусом . Последний зависит практически от всех геометрических характеристик циклонной камеры [14].

Результаты обобщения опытных данных по (для области приближенной автомодельности) аппроксимированы формулой [3, 17]

, (48)

где - поправочный коэффициент, учитывающий влияние относительной шероховатости поверхности [2],

. (49)

При > 1отношение следует принимать равным единице. Вращательная скорость на границе ядра потока

. (50)

Безразмерная максимальная вращательная составляющая скорости течения в ядре потока

. (51)

Для приближенных расчетов распределения при 1≤ ≤ , учитывая квазипотенциальный характер течения, можно использовать уравнение (46) при замене на и на . Тогда распределение в квазипотенциальной зоне (1< < ) может быть аппроксимировано уравнением

. (52)

В зоне квазитвердого вращения (0 ≤ ≤ 1) распределение может быть описано формулой

. (53)

Подставляя аппроксимационные зависимости (52) и (53) в уравнение радиального равновесия (2) и интегрируя его в пределах изменения безразмерных радиусов от до ( - безразмерный радиус рабочего объема; - безразмерный радиус, соответствующий нулевому значению избыточного статического давления), получаем выражения для определения безразмерного избыточного статического давления на боковой поверхности циклонной камеры.

При

, (54)

При

, (55)

В диапазоне относительной длины = 1÷2 в соответствии с опытными данными ≈ 0,6 , где = . Соотношение статических давлений на боковой поверхности циклонной камеры и во входных каналах характеризует относительное уменьшение запаса потенциальной энергии на входе в камеру и может быть рассчитано по формуле [3]

. (56)

Суммарный коэффициент сопротивления циклонной камеры определяется по общей зависимости (33).

Распределение безразмерного статического давления по радиусу циклонной камеры в соответствии с уравнениями (2), (52) и (53) описывается следующими соотношениями: для зоны квазитвердого вращения

; (57)

для зоны квазипотенциального вращения ( )

. (58)

После выполнения всех необходимых расчетов производят сравнение распределений и с опытными данными.

При сопоставлении рекомендуется выбирать следующие масштабы:

для : в 1 см - 0,2;

для : в 1 см - 2,0.

Литератуpa

1. Галеркин Ю.Б., Рекстин Ф.С. Методы исследования центробежных компрессорных машин.- Л.: Машиностроение, 1969, с. 107-164.

2. Карпов СВ., Сабуров Э.Н. К обобщению экспериментальных данных по аэродинамике циклонных камер,- Изв.высш.учеб.заведений. Лесной журнал, 1977, № 7, с. 119-122.

3. Карпов СВ., Сабуров Э.Н. Методика расчета аэродинамических характеристик циклонных камер.- Химическое и нефтяное машиностроение, 1977, № 7, с. 20-22.

4. Карпов СВ., Сабуров Э.Н. Перспективы использования циклонных камор в деревообрабатывающей промышленности и особенности их расчета,- В кн.: Тезисы докладов научно-технической конференции аспирантов и молодых ученых на тему "Комплексное использование древесины", Архангельск, 1977, с. 52-54.

5. Повх И.Л. Аэродинамический эксперимент в машиностроении,- Л.: Машиностроение, 1974, с. 164-210.

6. Теплотехнические основы циклонных топочных и технологических процессов/ А.Б. Резников, Б.П. Устименко, В.В. Вышенский, М.Р. Курмангалиев.- Алма-Ата: Наука, 1974.-374 с.

7. Руководство к практическим занятиям в лаборатории по процессам к аппаратом химической технологии,- Л.: Химия, 1969, с. 25-34.

8. Сабуров Э.Н. Аэродинамика циклонно-вихревых нагревательных; устройств,- Архангельск: РИО АЛТИ, I976.-87 с.

9. Сабуров Э.Н. Влияние конструкции выхода на аэродинамику циклонно-вихревых нагревательных устройств.- Архангельск: РИО АЛТИ,

1976.-44 с.

10. Сабуров Э.Н. Влияние конструкции входа на аэродинамику циклонно-вихревых нагревательных устройств.- Архангельск: РИО АЛТИ, 1977.-32 с.

11. Сабуров Э.Н. Влияние длины, шероховатости и входного числа Рейнольдса на аэродинамику циклонно-вихревых нагревательных устройств,- Архангельск: РИО АЛТИ, 1977,-31 с.

12. Сабуров Э.Н. Методика аэродинамического расчета циклонно-вихревых нагревательных устройств,- Архангельск: РИО АЛТИ, 1978.-32 с.

13. Сабуров Э.Н. Теплоотдача в поле центробежных сил: Конспект лекций.- Л.: Изд. ЛТА, 1979.-45 с.

14. Сабуров Э.Н., Карпов С.В. О методике расчета аэродинамику циклонно-вихревых нагревательных устройств,- Изв.высш.учеб.заведений. Энергетика, 1975, № 8, с. 71-77.

15. Сабуров Э.Н., Карпов С.В. О некоторых особенностях аэродинамики циклонных камер в неавтомодельной области течения потока,- Изв.шсш.учеб.заведений. Энергетика, 1974, №11, с. 60-66.

16. Сабуров Э.Н., Карпов С.В. О сопротивлении циклонных камер в неавтомодельной области течения потока. - Инж.-физ.журнал, 1975, т. 28, № 2,

с. 354-355.

17. Сабуров Э.Н., Карпов С.В. Основные закономерности аэродинамики циклонных топочных устройств,- В кн.: Краткие тезисы докладов к Всесоюзной конференции "Состояние и перспектива развития энергетики в лесной и деревообрабатывающей промышленности", Архангельск, 1976, с. 38-11.

18. Устименко Б.П. Процессы турбулентного переноса во вращающихся течениях.- Алма-Ата: Наука, 1977, 228 с.

19. Циклонные топки/ Под ред. Г.Ф. Кнорре и М.А. Наджарова. - М.-Л.: Госэнергоиздат, 1958.- 216 с.

20. Эстеркин Р.К., Иссерлин А.С., Певзнер М.И. Методы теплотехнических измерений и испытаний при сжигании газа,- Л.: Недра, 1972, с. 16-64.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Таблица 1

Результаты измерений скоростного поля в трубопроводе

№ п/п	Y мм	Р_с мм вод.ст.	Р_б мм вод.ст.	ρ_ι кг/м³	V_ι м/с
. . .

В = …… мм рт.ст.; t = ……. °С.

Таблица 2

Результаты аэродинамических измерений в объёме циклонной камеры

№ опыта № сечения t_вх°С Р_с.вх мм вод.ст. Р_с.ст мм вод.ст. В мм вод.ст.
Зонд №…….. К_Ц = ………. К_Ц - К_Б = ……	№ п/п	Y мм	φ^° град	А₁ мм вод.ст.	А₂ мм вод.ст.	А₃ мм вод.ст.
. . .