Наведено результати лабораторних досліджень експериментального зразка гідродинамічного кавітаційного аератора диффузорного типу (ДКА-ДТ) водовоздушной промивної системи. Отримано основні характеристики пристрою і встановлена ​​оптимальна область його роботи. Ефективність представленої моделі аератора в 1,75 рази вище в порівнянні зі звичайним водоповітряних ежектором. Іл. 5. Бібліогр. 6 назв.

Анотація наукової статті з механіки і машинобудування, автор наукової роботи - Борівський В. П., Головня Е. В.


Область наук:

  • Механіка і машинобудування

  • Рік видавництва: 2007


    Журнал: Известия вищих навчальних закладів. Північно-Кавказький регіон. Технічні науки


    Наукова стаття на тему 'Лабораторні дослідження гідродинамічного кавітаційного аератора диффузорного типу водовоздушной промивної системи'

    Текст наукової роботи на тему «Лабораторні дослідження гідродинамічного кавітаційного аератора диффузорного типу водовоздушной промивної системи»

    ?ГІДРОТЕХНІЧНІ СПОРУДИ

    УДК 626.882

    Лабораторні дослідження гідродинамічних кавітаційних аератори діффузорного ТИПУ водоповітряних ПРОМИВНОЇ СИСТЕМИ

    © 2007 г. В.П. Борівський, Е.В. Головня

    Зазвичай в промивних струменевих системах в якості робочого агента використовується рідина. У той же час дослідженнями встановлено, що застосування водоповітряних струменів, наприклад, для промивання сіток рибозахисних споруд, підвищує ефективність в 1,5-2,0 рази [1, 2]. Наявність цього факту дає підставу розглядати можливість застосування водоповітряних струменів в якості активного засобу при промиванні різних забруднених поверхонь, включаючи і закритий горизонтальний дренаж. У світлі сказаного даний напрямок досліджень, пов'язане з розробкою високоефективних промивних систем, буде актуально і перспективним.

    Для вирішення цього завдання в роботі [3] запропоновано включити до складу промивної системи спеціальний аератор рідини, який, будучи встановленим на самому початку напірної лінії, створює необхідне газонасичення рідини, формуючи таким чином на виході водоповітряний робочий агент. У той же час з досвіду експлуатації гідротехнічних споруд відомо, що надмірне газонасичення рідини, що виникає, наприклад, при самоаераціі високошвидкісних відкритих потоків в гідротехнічних спорудах, знижує їх розмиває здатність [4]. Отже, розмиває ефект має місце при порівняно малих концентраціях газу в рідині.

    З урахуванням цього можна сформулювати основні вимоги, що пред'являються до аератори водоповітряних промивних систем. Суть їх зводиться до необхідності забезпечення на виході досить високого (для звичайних аераторів) тиску робочої суміші при порівняно невеликому газонасичених рідини.

    Теоретично таким вимогам відповідає конструкція гідродинамічного кавітаційного аератора диффузорного типу (ДКА-ДТ), розроблена в НГМА, опублікована в роботі [5] (рис. 1).

    Принцип роботи представленого пристрою подібний до роботи водоповітряного ежектора. Рідина під тиском подається в сопло. прискорений таким

    чином потік потрапляє в приймальну діффузорного камеру (ГДК). Тут створюється глибоке розрідження, яке, подібно вакуумному насосу, втягує в себе повітря з атмосфери через систему газозабірні отворів (ГЗО), розташованих на поверхні ГДК.

    Мал. 1. Конструктивна схема ДКА-ДТ: 1 - напірна труба; 2 - сопло; 3 - циліндрична частина сопла; 4 - приймальня діффузорного камера (ГДК); 5 - газозабірні отвори (ГЗО); 6 - кільцевої затвор; 7 - камера змішування (КС)

    У даній модифікації аератора регулювання подачі газу здійснюється шляхом відкриття або закриття рядів газозабірні отворів за допомогою рухомого кільцевого затвора. Остаточне бар-ботірованіе рідини завершується в камері змішання. Сполучення камери змішання з напірної відводить лінією водоводу здійснюється традиційно за допомогою дифузора.

    Для отримання технічних характеристик цього пристрою проводилися спеціальні лабораторні дослідження на випробувальному стенді в гідротехнічної лабораторії НГМА (рис. 2).

    Мал. 2. Лабораторна установка

    повітря

    .КРвих

    суміш

    вода

    Мал. 3. Схема лабораторної установки: 1 - насосний агрегат; 2 - всмоктувальний патрубок; 3 - напірна лінія; 4 - скидна труба; 5 - сопло; 6 - приймальня діффузорного камера; 7 - газозабірні камера; 8 - камера змішування;

    9 - дифузор; 10 - відводить напірна труба

    Схема розміщення обладнання та вимірювальної апаратури в складі випробувального стенду представлена ​​на рис. 3.

    Експериментальний зразок ДКА-ДТ виготовлений з наступними геометричними параметрами: діаметр сопла dо = 10 мм; діаметр камери змішування d кс = 20 мм; діаметр відвідної труби d вих = 50 мм; кут конусності дифузорів 6 диф = 8о; довжина камери змішання lкс = 200 мм. Гозозаборние отвори

    розташовуються на однаковому радіальному відстані один від одного по шість отворів в кожному з десяти рядів приймальні диффузорной камери і виконані з діаметром dгзо = 2,5 мм. Відповідно до теорії струменевих апаратів [6], головним геометричним параметром пристрою є ставлення площ живого перерізу камери змішування і робочого сопла ю кс / ю 0, яке в експериментальному зразку дорівнює 4.

    Насосний агрегат забезпечував подачу Qна = 45 м / ч і натиск HНА = 30 м. Забір рідини

    здійснювався з гідравлічного лотка через всмоктуючий патрубок. Надлишки води скидалися по скидний трубі, розташованій безпосередньо перед входом в апарат. Управління подачею рідини і газу в аератор здійснювалося за допомогою регулювання кранів Крвх, Крвих, Крсбр, Крвак.

    Витрата рідини і газу визначали об'ємним способом, причому обсяг инжектированного повітря вимірювався газовий лічильник марки UGI METERS LTD London (G4) 1995. Тиск на вході в аератор і виході з нього вимірювалося манометрами (Мвх, М вих), а в газозабірні камері - вакуумметром (Вак ).

    Експерименти проводилися за кількома серіями, кожна з яких характеризувалася різним ступенем відкриття крана на скидний трубі. У кожній із серій для заданої кількості відкритих ГЗО засунений регулювалося за допомогою крана Крвих. Ступінь його закриття обмежувалася умовою припинення аерації рідини.

    Відкриття ГЗО в дослідах здійснювалося по рядах, починаючи з 1-го ряду (6 отворів) і закінчуючи максимально можливим їх кількістю. Додаткове відкриття рядів отворів обмежувалося умовою початку витікання рідини з отворів останнього ряду.

    Вимірювання обсягу інжектіруемого повітря здійснювалося за допомогою знімною газозабірні камери, встановленої безпосередньо на ГДК. Досяжний в досвіді вакуум вимірювався вакуумметром при повністю закритому крані Крвак (див. Рис. 3).

    В ході проведення експериментів вимірювалися такі показники: манометричний тиск на вході в аератор (p ВХМ) і виході (p ВЬКм); вакуум створюється в газозабірні камері (p вак); витрати газу (Qг) і рідини (Qж). При подальшій обробці цих відомостей були отримані необхідні для аналізу параметри, такі як: середні швидкості течії в характерних перетинах пристрої (на вході -і вх, в соплі - u 0, в камері змішання - і кс і на виході - івих); повне надлишковий тиск на вході (p вх) і виході (p вих); втрати напору на аераторі (Дp аеро = p вх - p вих); перепади тисків для робочої

    рідини (ДРР = Pвх -Pвак) і суміші (БРМ = Pвих -Pвак ^ відносний перепад тисків (БРМ / ДРР); коефіцієнт аерації (Ра = Qг / Qж); масовий (РШ) і об'ємний (у в.о.) коефіцієнти інжекції.

    Найважливішою характеристикою струменевих апаратів є зв'язок об'ємного коефіцієнта ІНЖЕК-ції з відносним перепадом тисків, тобто.

    віо = f (Ар с / Ap р). Для її отримання визначався

    об'ємний коефіцієнт інжекції за наступною

    формулою: віо = ря? го вим, де р - щільність у-

    P н + P гс

    ди; Я - газова постійна; ТКС - абсолютна температура газу в суміші; р н - нормальний атмосферний

    2

    тиск; РГС - надлишковий тиск в суміші. Вхідний в формулу масовий коефіцієнт інжекції визначався за відомим коефіцієнтом аерації і стосовно щільності повітря при нормальному атмосферному тиску (р гн) і води по залежності

    Рим = Р1нРа, а абсолютний тиск газу в суміші Р

    визначалося за формулою р гс =

    Р н + Р г RTгс

    |. Середня

    щільність водоповітряної суміші р з і коефіцієнти інжекції пов'язані між собою наступною пропорцією Рс = Р (1 + Рим) (1 + Ріо) •

    Отримані результати лабораторних досліджень наочно представлені в графічному вигляді на рис. 4 в порівнянні з розрахунковими показниками опорної (традиційної) моделі ВВЕ, виконаної з тими ж геометричними розмірами конструктивних елементів, що і експериментальний зразок ДКА-ДТ.

    Ар / АР1

    0,00

    - 1 ряд (6 отворів)

    | 2 ряди (12)

    - 3 ряди (18)

    | 4 ряди (24)

    - 5 рядів (30)

    0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45

    Мал. 4. Зведений графік результатів лабораторних досліджень експериментального зразка ДКА-ДТ: 1 - характеристика ВВЕ; 2 - досяжний об'ємний коефіцієнт інжекції ВВЕ; 3 - область оптимальної роботи експериментального зразка аератора

    Область досліджень охоплює наступний діапазон зміни головних показників: Домовленості про врегулювання суперечок / ДРР = 0,43 - 0,77 і Ріо = 0 - 0,47. досяжний

    (Максимальний) об'ємний коефіцієнт інжекції становить в ио ~ 0,45. На графіку видно, що більшість експериментальних точок лягають досить купчасто, утворюючи в сукупності своїй своєрідний шлейф. Виняток становлять лише ті точки,

    які отримані при відкритті першого ряду (6 отворів) і п'яти рядів (30 отворів).

    Ця обставина пояснюється наступним чином. У першому випадку відкриття лише одного ряду ГЗО є явно недостатнім для вільного надходження повітря з атмосфери в ГДК, і на графіку це відбивається досягненням порівняно невеликих значень об'ємного коефіцієнта ІНЖЕК-ції віо = 0,27 - 0,30.

    У другому випадку ситуація прямо протилежна - відкрито занадто багато отворів. Розширення робочого потоку в приймальні диффузорной камері зумовлює зростання п'єзометричного тиску і зниження вакууму. Орієнтовно в районі четвертого ряду тиск робочого потоку досягає величини атмосферного тиску, а в п'ятому ряду - вода вже починає витікати з отворів в газозабірні камеру.

    Для відсмоктування цієї «вторинної» рідини витрачається певна частина енергії вакууму, що знижує ефективність роботи аератора, і подальше відкриття отворів вже не має сенсу. Графік зв'язку об'ємного коефіцієнта інжекції і кількості відкритих ГЗО (п ГЗО) представлений на рис. 5.

    ?"" 0,5

    0,4

    0,3

    0,2

    0,1

    0,0

    - 1 + 1

    = - ub--,.

    Г 5

    //. ' / У У

    / У-'

    г

    // i yi I ГЗО (опт)

    0

    12

    18

    24

    Втрати тиску на пристрої:

    Про 170 - 180 МПа

    ? 140 150 МПа

    30

    А 110 - 115 МПа

    Мал. 5. До обгрунтування оптимальної кількості відкритих ГЗО

    На графіку (рис. 5) видно, що відкриття понад двох рядів (12 отворів) вже не робить істотного впливу на зростання газонасичення рідини. Отже, відкриття двох рядів ГЗО є достатнім для даного зразка аератора.

    Для порівняння на рис. 4 представлені криві 1 і 2, що характеризують опорну модель ВВЕ. Обидві криві побудовані по залежностях, наведеними в роботі [6], які в прийнятих нами позначеннях набувають такий вигляд:

    Ар з АР р

    2 і 0

    Ф1

    2ф 2- (2 -ф2)) - (1 +? ™) 2

    ?™ = KjАр р / Ар c -1,

    де Фц2,3) - коефіцієнти швидкості сопла, камери змішування і дифузора (ФГ = 0,95; ф2 = 0,975; Ф3 = 0,9); К = 0,85 - коефіцієнт пропорційності.

    На графіку (див. Рис. 4) видно, що всі експериментальні точки лежать вище характеристики ВВЕ (крива 1) і в їх розташуванні чітко виділяються три характерні області.

    У першій з них експериментальні точки накладаються на криву досяжних об'ємних коефіцієнтів інжекції при значеннях віо = 0 | 0,12 і ДРС / Дpр > 0,58. Друга область характеризується

    стрибкоподібним збільшенням об'ємного коефіцієнта інжекції від значення 0,12 до 0,45 при ДРС / Дpр = 0,56 ^ 0,57. І тільки в третій області

    при ДРС / ДРР < 0,55 газонасичення рідини досягає свого граничного значення в ио = 0,43 | 0,46 = = const. Подальше збільшення тиску на пристрої помітного впливу на величину об'ємного коефіцієнта інжекції не робить, що на графіку відображається відхиленням точок вниз.

    Важливо відзначити, що виділені області характеризуються різною величиною вакууму, створюваного в ГДК. Так, в першій області спостерігаються низькі значення вакууму, що, судячи з усього, відповідає режиму роботи звичайного ВВЕ (див. Криву 2 на рис. 4). Друга область є перехідною і характеризується початком виникнення кавітації, а тому нестабільним газонасичених (віо = 0,12 ^ 0,45). У третій області в ГДК вакуум досягає свого граничного значення Р вак = (0,98 | 0,99) -105 Па, що відповідає тиску насичених парів (р нас). Ця область відрізняється розвиненою кавитацией і стабільним газонасичених.

    На основі виконаного аналізу роботи експериментального зразка ДКА-ДТ можна зробити наступні висновки:

    - стійке граничне газонасичення рідини (в йотах = 0,45) досягається при відносному пере-

    паде тисків на пристрої Арс / Арр = 0,5 | 0,55,

    що відповідає режиму розвиненою кавітації при найменших втратах напору на пристрої (Ар аеро = 110 | 115 кПа), який і є оптимальним;

    - порівняльна ефективність роботи ДКА-ДТ, оцінена за відносним перепаду тисків, перевершує характеристику ВВЕ приблизно в 1,75 рази (на 75%).

    Отримані таким чином показники експериментального зразка ДКА-ДТ досить високі, і це дає підставу рекомендувати його до застосування в складі водоповітряних промивних систем.

    література

    1. Міхєєв П.А. Рибозахисні споруди і пристрої. М., 2000..

    2. Ефремкіна Л.В., Чистяков А.А., Герман Г.М. Гідравлічні дослідження очисного водоповітряного пристрої сітчастого рибозаградітеля / НИМИ. Новочеркаськ, 1988. Бібліогр .: 2 назв. Рус. Деп. в ВІНІТІ 14.02.89, № 039 - В89.

    3. Борівської В.П., Головня Є.В., Шавлідзе А.А. Конструктивно-технологічна схема водовоздушной дренопро-мивочной системи // Зб. науч. тр. НГМА, 2005. Новочеркаськ, 2005. С. 45-50.

    4. Слісскій С.М. Гідравлічні розрахунки високонапірних гідротехнічних споруд: Учеб. посібник для вузів. М., 1979.

    5. Борівської В.П., Герман Г.М., Головня Є.В. Кавітаційна-ний аератор рідини для промивних пристроїв сітчастих рибозахисних споруд // Охорона і відновлення гідрофлори і іхтіофауни: Тр. АВН. Новочеркаськ, 2005. Вип. 5. С. 39-49.

    6. Соколов Є.Я., Зінгер Н.М. Струменеві апарати: 3-е изд., Перераб. М., 1989.

    Новочеркаська державна меліоративна академія 7 листопада 2006 р.

    УДК 626.824: 004

    ФОРМУВАННЯ ПАРАДИГМИ гідромеліоративних систем БАГАТОЦІЛЬОВОГО ВИКОРИСТАННЯ

    © 2007 г. Е.А. Васильєва

    В умовах вступу країни до Світової організації торгівлі (СОТ) дуже актуальна проблема розробки принципів створення гідромеліоративних систем (ГМС) багатоцільового використання, технологій їх експлуатації, які спрямовані на сни-

    ються матеріаломісткості та енергоємності систем, підвищення продуктивності праці, з одночасним зростанням економічної ефективності зрошуваного землеробства [1, 2]. Для вирішення проблеми необхідно розробити концептуальну схему формиро-


    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити